Синхронная электрическая машина Советский патент 1989 года по МПК H02K21/14 

t1

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к синхронным электродвигателям с постоянными магнитами, и может найти применение при конструировании синхронных (вентильных) электродвигателей для регулируемых приводов.

Цель изобретения - увеличение момента на валу уменьшение добавочных потерь и увеличение перегрузочной способности.

На фиг. 1 показана предлагаемая электрическая машина, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. ; на фиг. За, б - виды полюсного наконечника.

Предлагаемая синхронная электрическая машина содержит полюсные наконечники 1, установленные на постоянных магнитах 2 ротора, размещенных на шихтованном ярме 3. Центральна часть каждого полюсного наконечника выполнена шихтованной из листов 4. Электрическая машина содержит также сердечник 5 статора (пакет) с якорной обмоткой 6. На поверхностях боковых частей среднего участка каждого полюсного наконечника 1 выполнены радиально-тангенциальные канавки 7. Немагнитные болты 8 крепят элементы ротора к валу 9.

При работе устройства в режиме ветильного двигателя его пуск обеспечивается преобразователем частоты, в связи с чем в устройстве отсутствует короткозамкнутая обмотка на роторе, являющаяся обычно средством пуск

При последовательном подключении секций якорной обмотки поочередно к источнику питания через . преобразователь частоты (не показано) в воздушном зазоре возникает вращающееся магнитное поле, которое, взаимодействуя с постоянным ,потоком ротора, приводит последний во вращение. Наличие шихтованной части в полюсных наконечниках под сердечником статора обеспечивает увеличение индуктивности по поперечной оси над значением индуктивности по продольной оси. В этом случае при питании электрической машины от преобразователя частоты с фиксированной относительно ЭДС холостого хода фазой тока якоря в машине развивается реактивная составляющая момента, которая суммируется с активной составляющей момента.

Это следует из выражения для электромагнитного момента

coSv +

(ЬгЫ)

2 Im

(1)

10

5

0

5

0

5

0

45

0

5

где

потокосцепление якорной обмотки по продольной оси, создаваемое постоянными магнитами на холостом ходу; угол между ЭДС холостого хода и основной гармоникой тока якоря; число фаз;- число пар полюсов; индуктивности якорной обмотки по продольной и поперечной осям.

Реактивная составляющая момента, представляемая вторым слагаемым этой формулы, имеет также положительный знак, что и активная.

Выполнение участков полюсных наконечников вне зоны сердечника статора скошенными позволяет уменьшить маковый момент (момент инерции) и массу ротора.

Выполнение длины шихтованной части полюсного наконечника меньше длины сердечника статора позволяет устранить насыщение массивного основания полюсного наконечника под шихтованной частью.

Для уменьшения потерь в стали на поверхности массивной части полюсного наконечника, расположенной под сердечником 5 статора, выполнены канавки 7, позволяющие снизить перегрев якорной обмотки машины и тем самым увеличить ее полезный рабочий момент.

Физически указаиный.эффект объясняется увеличением поверхности охлаждения массивной части полюсного наконечника и ростом электрического сопротивления вихревым токам, замыкающимся в верхней части поверхности полюсных наконечников. С целью ограничения роста эквивалентной величины воздушного зазора, вызванного рифлением и снижения тем самым полезного магнитного потока, целесообразно при выполнении, канавок выдерживать следующие условия; ширина канавок должна составлять не менее половины величины воздушного зазора; отношение ширины канавок к их шагу должно соетавлять не более 0,25; отношение глубины канавок к их шагу должно составлять не более 0,5.

Экспериментально установлено, что при дальнейшем увеличении глубины канавок по сравнению с условием 3 рост эффекта рифления на снижение перегрева прекращается. Выполнение же первого и второго условий приведет к увеличению эквивалентного воздушного зазора не более чем на 5%. Часть полюсного наконечника ротора с канавками выбирается такой длины, чтот бы магнитный поток со скошенного

участка полюсных наконечников свободно проходил в сердечник ротора, т.е. под концами сердечника 5 статора по его длине необходимы массивные участки полюсных наконечников, ибо при вы- полнении шихтованной части полюсного наконечника, равной длине сердечника статора имеет место насыщение в массиве полюсного наконечника под шихтованной частью. Таким образом, часть магнитного потока с выступающих участков полюсного наконечника проходит в сердечник статора через массивные части с канавками, а час- . тично через массивное основание и

шихтованную центральную часть.

В предлагаемой машине результирующий магнитный поток за счет наличия аксиальной концентрации возрастает в 1,5 раза. Чем больше высота постоянных магнитов, тем надежнее они защищены от размагничивающего действия реакции якоря (повышается кратность тока якоря по условиям необратимого размагничивания магнитов), так как двойная длина постоянных магнитов по высоте двух полюсов становится намного больше расстояния между полюсными наконечниками. Ввиду сравнительно

большого расстояния между полюсными наконечниками и соответственно между полюсами достигнуто малое рассеяние

магнитного потока и существенно снижена масса ротора. Выполненные составными полюсными наконечники дают такие значения индуктивности по поперечной оси, которые намного больше индуктивности по продольной оси, в результате чего, согласно приведенному выше выражению (1) для электромагнитного момента, обеспечивается больший результирующий момент на валу двигателя.

Формула изобретения

Синхронная электрическая машина, содержащая ротор в виде установленных на валу постоянных магнитов с полюсными наконечниками, выполненными шихтованными в аксиальном направлении, сердечник статора, о т- личающаяся тем, что, с целью увеличения момента на валу, уменьшения добавочных потерь и-увеличения перегрузочной способности, ротор выполнен с аксиальным размером, большим аксиального размера сердечника статора, аксиальные размеры полюсных наконечников и постоянных магнитов равны, участки полюсных наконечников, выступающие за пределы сердечника статора, выполнены массивными и скошенными в направлении продольной оси, а участок каждого полюсного наконечника, расположенный под сердечником статора, выполнен с цилиндрической поверхностью и содержит по длине центральную часть, выполненную шихтованной, и боковые части, выполненные массивными с радиально-тангенциальными канавками на поверхности, ширина которых составляет не менее половины величины воздушного зазора, отношение ширины канавок к их шагу составляет не более одной четверти, а отношение глубины канавок к их шагу - не б.олее одной второй.

А-А

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим двигателям, предназначенным для работы в режиме вентильного двигателя, управляемого с помощью преобразователя частоты. Целью изобретения является увеличение момента на валу, уменьшение добавочных потерь и увеличение перегрузочной способности. В предлагаемой синхронной машине ротор выполнен с аксиальным размером, большим аксиального размера сердечника 5 статора. Аксиальные размеры полюсных наконечников 1 и постоянных магнитов равны. Выступающие за пределы сердечника статора участки полюсных наконечников выполнены массивными и скошенными в направлении продольной оси, а их участки, расположенные под сердечником 5 статора, имеют цилиндрическую поверхность и содержат по длине три части, центральная из которых выполнена шихтованной в аксиальном направлении, а боковые - массивными с радиально-тангенциальными канавками 7 на поверхности. Ширина канавок составляет не менее половины величины воздушного зазора, отношение ширины канавок к их шагу составляет не более одной четвертой, а глубины канавок к их шагу- не более одной второй. 3 ил.

а

1Фае. 3

Составитель Т.Калашникова Редактор С.Патрушева Техред Л.Сердюкова

Заказ 1908/55

Тираж 645

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Корректор И.Муска

Подписное