Многополюсная магнитоэлектрическая машина

Предлагаемая полезная модель относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам с постоянными магнитами, и может быть использована в силовых электроприводах, в различных системах автоматики, а также в качестве источника переменного или постоянного тока (в качестве вентильного генератора). Магнитоэлектрическая машина содержит статор 1 с Z₁ зубцами с m-фазной обмоткой, выполненной в виде отдельных катушек 2, и ротор 3 с чередующейся полярностью полюсов общим числом 2р Ротор 3 выполнен коллекторного типа с тангенциально намагниченными магнитами 4, причем со стороны воздушного зазора над магнитами выполнены магнитные перемычки 5 из того же материала, что и полюс ротора, величина которых не превышает одной трети высоты магнита. Обмотка статора выполнена с числом пазов на полюс и фазу равным где: с=1,2,3...- число катушек в фазной зоне. Магнитные перемычки могут быть выполнены как со стороны воздушного зазора машины, так и под магнитами со стороны вала 6. Предложенная многополюсная магнитоэлектрическая машина при выбранном числе пазов на полюс и фазу и при предложенной конструкции ротора с магнитными перемычками имеет большую область применения за счет снижения моментов залипания по сравнению с синхронной машиной, являющейся прототипом.

Предлагаемая полезная модель относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам с постоянными магнитами, и может быть использована в силовых электроприводах, в различных системах автоматики, а также в качестве источника переменного или постоянного тока (в качестве вентильного генератора).

Известны многополюсные магнитоэлектрические машины с ротором коллекторного типа с призматическими магнитами с тангенциальным намагничиванием. (В.А.Балагуров, Ф.Ф.Галтеев Электрические генераторы с постоянными магнитами, М., Энергоатомиздат, 1988, с.29-30).

Однако указанные машины имеют недостаток - сложность конструкции ротора и малое использование активного объема, что вызвано необходимостью выполнения в многополюсных машинах классического типа большого числа пазов на статоре для размещения обмотки. Это в свою очередь приводит к насыщению зубцовой зоны и снижению коэффициента заполнения паза медью.

Кроме того, известна многополюсная магнитоэлектрическая машина, являющаяся прототипом, содержащая статор с явновыраженными полюсами, на которых расположена m-фазная обмотка, выполненная в 2mk (k=1,2,3...) равных чередующихся фазных зонах в виде катушек по одной катушке на полюс, и явнополюсный активный ротор с чередующейся полярностью полюсов. В каждой фазной зоне размещены n полюсов, где n=2,3,4..., катушки в фазных зонах, расположенные на соседних полюсах, соединены встречно, катушки фазных зон, расположенные через 180 ⁰/k, при n-нечетном соединены согласно, при n-четном - встречно, а числа полюсов статора и ротора отличаются на 2k.. (Синхронный электродвигатель, Патент РФ №2059994 Опуб. 10.05.96, бюлл.№13).

Однако эта многополюсная магнитоэлектрическая машина имеет недостаток - наличие момента «залипания» от постоянных магнитов. Это связано с появлением дополнительного реактивного момента из-за различия в магнитных сопротивлений для магнитного потока постоянных магнитов в различных положениях полюсов ротора относительно зубцов статора. Наличие моментов «залипания» приводит к неравномерности вращения вала, что может служить причиной непригодности двигателя для работы в точных системах управления, а также повышенному моменту трогания, что уменьшает возможности применения в генерирующих системах, например в качестве генератора ветроустановки.

Задачей предлагаемой полезной модели является создание многополюсной магнитоэлектрической машины с более широкой областью применения.

Поставленная задача достигается тем, что в известном синхронном двигателе, содержащем статор с Z₁ зубцами, на которых расположена m -фазная обмотка, выполненная в виде катушек по одной на полюс, и ротор коллекторного типа с тангенциально намагниченными магнитами с чередующейся полярностью полюсов общим числом 2р, обмотка статора выполнена с числом пазов на полюс и фазу равным

где: с=1, 2, 3... - число катушек в фазной зоне, причем со стороны воздушного зазора над магнитами выполнены магнитные перемычки из того же материала, что и полюс ротора, высота которых не превышает одной трети высоты магнита.

Магнитные перемычки могут быть выполнены как над магнитами со стороны воздушного зазора, так и под магнитами со стороны вала.

В дальнейшем полезная модель поясняется конкретным примером выполнения со ссылкой на чертежи, на которых показаны:

Фиг.1 - поперечный разрез предлагаемой магнитоэлектрической машины с магнитными перемычками выполненными над магнитом со стороны воздушного зазора;

Фиг.2 - поперечный разрез предлагаемой магнитоэлектрической машины с магнитными перемычками выполненными над магнитом со стороны воздушного зазора и под магнитом со стороны вала;

Фиг.3 - схемы 3-фазных обмоток, применяемых в предлагаемой магнитоэлектрической машине;

Магнитоэлектрическая машина (фиг.1) содержит статор 1 с Z₁ зубцами с m-фазной обмоткой, выполненной в виде отдельных катушек 2, и ротор 3 с чередующейся полярностью полюсов общим числом 2р

Ротор 3 выполнен коллекторного типа с тангенциально намагниченными магнитами 4, причем со стороны воздушного зазора над магнитами выполнены магнитные перемычки 5, и со стороны вала под магнитами выполнены магнитные перемычки 6 из того же материала, что и полюс ротора, высота которых не превышает одной трети высоты магнита.

Обмотка статора (фиг.3) выполнена с числом пазов на полюс и фазу равным

Как известно, число пазов на полюс и фазу определяется соотношением

Магнитные перемычки 5 могут быть выполнены как со стороны воздушного зазора над магнитами, так и со стороны вала под магнитами (фиг.2).

Выбор числа зубцов на полюс и фазу q по приведенному выше соотношению обусловлен тем, что только при таком значении q во всех фазных зонах располагается одинаковое число катушек (фиг.3) (См. Шевченко А.Ф. Магнитодвижущие силы однозубцовых дробных обмоток с q<1// Научный вестник №2. Новосибирск: НГТУ, 1996. С.99-100.). Именно такие машины имеют максимальный электромагнитный момент. Следует заметить что, различное число катушек в фазной зоне при q<1 приводит к несимметричному распределению магнитодвижущей силы вдоль воздушного зазора и появлению дополнительных (паразитных) моментов, которые в ряде случаев могут сделать машину неработоспособной. Также при данных значениях q полюсное деление ротора незначительно отличается (но не равно) от зубцового деления статора, что приводит к снижению моментов залипания вызванных магнитными полями от постоянных магнитов. К этому же результату приводит и наличие магнитной перемычки со стороны воздушного зазора над магнитами, выполненной из того же материала, что и полюс ротора, так как при ее наличии снижается разница в магнитных проводимостях по осям d и q и при перемещении ротора величина магнитного потока постоянных магнитов остается неизменной.

Снижение моментов залипания приводит к значительному расширению области применения электрических машин с постоянными магнитами. Так при применении их в ветроэлектрических станциях уменьшается скорость ветра с которой начинается работа станции. Очень важно отсутствие моментов залипания при применении двигателей с постоянными магнитами в точных следящих системах и т.д.

Выбор высоты перемычки над магнитами связан с тем, что при высоте перемычки над магнитами больше одной трети высоты магнита значительная часть магнитного потока замыкается через эту перемычку, минуя зубцы статора. В этом случае существенно снижается электромагнитный момент машины или для поддержания момента на прежне величине необходимо увеличить массу магнитов, что приводит к усложнению конструкции и удорожанию машины.

Кроме того, выполнение магнитной перемычки под магнитами со стороны вала приводит к упрощению технологии изготовления ротора двигателя, так как в этом случае листы ротора становятся более жесткими и отпадает необходимость в специальном креплении их на втулке ротора. А выбор числа пазов на полюс и фазу q, соответствующее вышеприведенному соотношению, обеспечивает замыкание магнитных потоков по соседним полюсам и тем самым снижает общее насыщении магнитной системы и повышает максимальный момент машины.

1. Многополюсная магнитоэлектрическая машина, содержащая статор с Z₁ зубцами,

на которых расположена m-фазная обмотка, выполненная в виде катушек по одной на полюс, и ротор с чередующейся полярностью полюсов общим числом 2р, отличающийся тем, что обмотка статора выполнена с числом пазов на полюс и фазу равным

где с=1,2,3...- число катушек в фазной зоне,

причем со стороны воздушного зазора над магнитами, выполнены магнитные перемычки из того же материала, что и полюс ротора, высота которых не превышает одной трети высоты магнита.

2. Многополюсная магнитоэлектрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что магнитные перемычки выполнены под магнитами со стороны вала.