Индуктор синхронной электрической машины Советский патент 1993 года по МПК H02K1/27 

Фиг. 1

Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано в электрических машинах, применяющихся в электромеханической, станкостроительной и во многих других областях промыш- ленности при изготовлении роторов (индукторов) с постоянными магнитами (ПМ).

Известен многополюсный ротор (индуктор) электрической машины с ПМ, имеющий форму неявнополюсного цилиндра, содержащий полюсные с радиальной намагниченностью и межполюсные с тангенциальной намагниченностью участки из ПМ, прилегающие к полюсным участкам разноименны- ми полюсами, причем внутренние диаметры полюсных и межполюсных участков равны, и ПМ размещаются на магнитомягкой втулке (ступице).

Недостатками указанной конструкции являются необоснованно большой расход магнитотвердого материала ПМ полюсных и межполюсных участков, обусловленный паразитным замыканием силовых линий межполюсных ПМ самих на себя по магни- томягкой Ётулке, а также увеличенный по сравнению с наиболее широко применяемыми конструкциями роторов типа звездочка момент инерции ротора (индуктора).

Наиболее близким к изобретению яв- ляется магнитная система (индуктор) ди- намоэлектрической машины с большим магнитным зазором и гибкой обмоткой, выполненной в виде печатного монтажа, содержащая радиально ориентированные основные (полюсные) ПМ на Sm-Co, установленные симметрично по окружности магнитомягкого высокопроницаемого кольца с равными промежутками, и межполюсные ПМ из Sm-Co, расположенные между соседними основными ПМ и соприкасающиеся с ними, причем на участках контакта основные и межполюсные ПМ имеют одноименную полярность. Основные и межполюсные ПМ из Sm-Co создают магнитное произведение, равное мли близкое максимальному, при этом межполюсные ПМ удалены от магнитомягкого кольца на радиальное расстояние R. могущее колебаться в пределах от 0 до более чем 0,5 длины основного ПМ. Однако как показали экспериментальные и теоретические исследования, проведенные с использованием математической модели систем с высококоэрцитивными ПМ на основе пространствен- ных интегральных уравнений, у данной магнитной системы для ряда отрезков указанного диапазона изменения R удельный расход материала ПМ на единицу магнитной энергии индуктора в целом выше аналогичного показателя традиционных конструкций индукторов и индуктора, рассмотренного в упомянутой статье Стадника А.И,

Целью изобретения является уменьшение удельного расхода материала магнитов индуктора и уменьшение его момента инерции.

Указанная цель достигается тем, что в индукторе, имеющем форму неявнополюсного цилиндра, содержащем магнитомягкий вал (ступицу), полюсные участки и межполюсные участки, в отличие от прототипа, где немагнитные области равны разности высот полюсных и межполюсных участков, предлагается значительное расширение этих областей за счет облегчения конструкции вала, в котором и создаются объемы немагнитных областей (воздух, легкие металлы). Таким образом, достигается уменьшение момента инерции ротора (индуктора), а за счет увеличения магнитного сопротивления вдоль силовых линий требуется меньшая магнитная энергия для противодействия заданным размагничивающим полям (реакции якоря). Следовательно, уменьшается удельный расход магнитного материала.

На основании теоретически с помощью ЭВМ и экспериментальных исследований установлено,что

а (0,1-0,35) h, RB- Ro

R ч а в н л,

где а - высота немагнитной области;

h - высота полюсных участков в направлении намагничивания;

RB - радиус посадочной поверхности под полюсные магниты магнитомягкого вала (ступицы). Немагнитные области (полости) ротора (индуктора) имеют оси симметрии, совпадающие с осями симметрии соответствующих межполюсных участков.

RO - расстояние от центра до середины отрезка по радиусу симметрии немагнитной области, соединяющего внутреннюю и наружную границу немагнитной области.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого индуктора (полюсное деление), в котором поперечное сечение немагнитной области в радиальном направлении ограничено отрезками параллельных прямых, внешний из которых является хордой дуги внутреннего диаметра межполюсного ПМ; на фиг. 2 - схема предлагаемого индуктора (полюсное деление), в котором поперечное сечение немагнитной области с внутренней стороны ограничено дугой окружности, имеющей выпуклость в направлении геометрического центра индуктора.

Индуктор синхронной электрической машины содержит полюсные участки - ПМ 1 с радиальной намагниченностью и межполюсные участки - ПМ 2 с тангенциальной намагниченностью, прилегающие к полюсным участкам разноименными полюсами, полюсные ПМ 1 размещены непосредственно на магнитомягком валу(ступице)3. Внутри объема индуктора между внутренним диаметром межполюсных ПМ 2 и валом 3 расположены немагнитные области 4, оси симметрии 5 которых совпадают с осями симметрии межполюсных ПМ 3, немагнитные области ограничены по угловым координатам границами 6 раздела полюсных 1 и межполюсных 2 ПМ и их продолжением, а в радиальном направлении поверхностями 7, 8, находящимися на расстоянии

а (0,1 -0.35) h.

где h - высота полюсных ПМ 1 в направлении намагничивания, при этом середина отрезка радиуса, являющегося осью симметрии области 4 и заключенного между поверхностями 7, 8 расположена на расстоянии RB --4- RO RB + -§от геометрического центра индуктора. RB - радиус вала.

Формула изобретения f, Индуктор синхронной электрической машины, содержащий магнитомягкий вал, выполненные из постоянных магнитов полюса с радиальной намагниченностью и межполюсные элементы с тангенциальной намагниченностью, причем между магнитомягким валом и межполюсными элементами образованы немагнитные области, оси симметрии которых совпадают с осями симметрии межполюсных элементов, а их угловые координаты ограничены границами раздела полюсов и межполюсных элементов и их продолжением, отличающийся тем, что, с целью уменьшения удельного расхода материала магнитов и

момента инерции индуктора, радиальный размер немагнитной области составляет от 0,1 до 0,35 высоты полюса, а расстояние от центра вала до середины отрезка по радиусу, являющемуся осью симметрии немагнитной области, заключенного между ее внутренней и наружной границами, находится в пределах

20

RB - -f- Ro RB + -fгде RB - радиус магнитомягкого вала:

а - радиальный размер немагнитной области.

2. Индуктор по п. 1, от л и ч а ю щ и и с я тем, что поперечное сечение немагнитной области в радиальном направлении ограничено отрезками параллельных прямых, внешний из которых является хордой дуги

внутреннего диаметра межполюсного элемента.

3. Индуктор по п. 1,отличающийся

тем, что с внутренней стороны поперечное

сечение немагнитной области ограничено

дугой окружности, имеющей выпуклость в направлении герметического центра индуктора.

Сущность изобретения: индуктор содержит магнитомягкий вал 3, выполненные из постоянных магнитов полюса 1 и межполюсные элементы 2. Между валом 3 и межполюсными элементами 2 образованы немагнитные области 4, Радиальный размер немагнитной области составляет от 0,1 до 0,35 высоты полюса. Приведена формула для величины середины немагнитной области. Изобретение уменьшаегудельный расход материала магнитов и момент инерции индуктора. 2з. п. ф-лы, 2 ил.