Ротор электрической машины (варианты)

Полезная модель относится к области электротехники, а именно, к конструкции роторов с сердечниками из постоянных магнитов. Ротор электрической машины состоит из пакета перфорированных пластин из магнитомягкого железа и установленных в пазах постоянных магнитов. Пазы образованы отверстиями в указанных пластинах. Пазы попарно расположены по периметру ротора в виде симметричных относительно радиуса ротора секций. В каждой секции пазы состоят из двух участков - внутреннего и внешнего. Внутренний участок расположен под углом а=60-90° к радиусу ротора. Внешний участок расположен под углом b=(0.2-0.3)а к внутреннему участку. Согласно первому варианту в каждом участке пазов расположен прямой постоянный магнит. Согласно второму варианту в обоих участках каждого паза расположен единый изогнутый магнит соответствующей формы. Полезная модель позволяет снизить поток рассеяния магнитной энергии постоянных магнитов за счет повышения равномерности создаваемого магнитного поля. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Полезная модель относится к области электротехники, а именно, к конструкции роторов с сердечниками из постоянных магнитов.

Из уровня техники известен ротор электрической машины, включающий пакет перфорированных пластин из магнитомягкого железа и постоянные магниты, установленные в пазах, которые образованы отверстиями в указанных пластинах и попарно расположены по периметру ротора в виде симметричных относительно радиуса ротора секций (см. патент US 2010181864, кл. H02K 1/06, опубл. 22.07.2010). Недостатками известного устройства являются недостаточная эффективность преобразования энергии и неравномерность вращения ротора.

Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в снижении потока рассеяния магнитной энергии постоянных магнитов за счет повышения равномерности создаваемого магнитного поля.

Согласно первому варианту поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в роторе электрической машины, включающем пакет перфорированных пластин из магнитомягкого железа и постоянные магниты, установленные в пазах, которые образованы отверстиями в указанных пластинах и попарно расположены по периметру ротора в виде симметричных относительно радиуса ротора секций, в каждой секции пазы состоят из двух участков - внутреннего участка, расположенного под углом a=60-90° к радиусу ротора, и внешнего участка, расположенного под углом b=(0.2-03)a к внутреннему участку, причем в каждом участке пазов расположен прямой постоянный магнит.

Согласно второму варианту поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в роторе электрической машины, включающем пакет перфорированных пластин из магнитомягкого железа и постоянные магниты, установленные в пазах, которые образованы отверстиями в указанных пластинах и попарно расположены по периметру ротора в виде симметричных относительно радиуса ротора секций, в каждой секции пазы состоят из двух участков - внутреннего участка, расположенного под углом a=60-90° к радиусу ротора, и внешнего участка, расположенного под углом b=(0.2-0.3)a к внутреннему участку, причем в обоих участках каждого паза расположен единый изогнутый магнит соответствующей формы.

На фиг. 1 представлен сектор предлагаемого ротора по первому варианту выполнения;

на фиг. 2 - участок ротора с тремя секторами по второму варианту выполнения;

на фиг. 3 - часть конструкции электрической машины с предлагаемым ротором по первому варианту выполнения (пунктирными линиями q показан магнитопровод);

на фиг. 4 изображено изменение крутящего момента на валу предлагаемого ротора во времени.

Основными задачами проектирования ротора является уменьшение потока рассеяния магнитной энергии постоянных магнитов в роторе, их надежная фиксация, снижение потоков рассеяния, возникающих от индуцируемых магнитных полей в зазоре между статором и ротором, уменьшение неравномерности крутящего момента на валу, способствующее подавлению шума и вибраций электрической машины, а также снижение массогабаритных показателей. В предлагаемом устройстве поставленные задачи решаются посредством снижения потоков рассеяния и как следствие увеличения магнитного потока при заданном габарите ротора за счет оптимального расположения магнитов и разделением полюса на составные части.

Предлагаемый ротор электрической машины состоит из пакета перфорированных пластин 1 из магнитомягкого железа и постоянных магнитов 2 из редкоземельных металлов с радиальной намагниченностью, установленных в пазах, образованных отверстиями в указанных пластинах 1. Пазы попарно расположены по периметру ротора в виде симметричных относительно радиуса ротора Lq V-образных секций. В каждой секции пазы состоят из двух участков - внутреннего 3 и внешнего 4 - и снабжены отверстиями 5 под клеевую основу. Внутренний участок 3 расположен под углом а=60-90° к радиусу ротора Lq. Внешний участок 4 расположен под углом b=(0.2-0.3)а к внутреннему участку.

В первом варианте выполнения предлагаемого ротора в каждом участке 3-4 пазов расположен прямой постоянный магнит 2 (см. фиг. 1, 3). Во втором варианте или в обоих участках 3-4 каждого паза расположен единый изогнутый магнит 2 соответствующей формы (см. фиг. 2).

Увеличение энергетических показателей при высокой технологичности ротора и, как следствие, увеличение рабочего магнитного потока и его равномерности достигается за счет снижения потоков рассеивания вдоль зоны c. Для этого постоянные магниты 2 призматической формы с радиальной намагниченностью N-S (стрелки показывают направление потока) установлены под наклоном. Магниты 2, образующие полюс, установлены таким образом, чтобы плоскость намагничивания магнитов была касательной к дуге окружности радиуса R. Угол b может быть определен как

Угол а может быть определен исходя из следующего уравнения

,

где t - ширина магнита;

R - конструктивная величина, выбор которой обусловлен обеспечением одинакового значения магнитной индукции как в статоре так и роторе;

X - величина перемычки между пазами (определяется прочностью конструкции ротора при заданной частоте вращения).

Равномерность магнитного поля в зоне полюса достигается за счет того что магниты 2, образующие полюс, расположены не на одной оси, а под углом друг к другу по касательным к плоскости намагничивания и вписаны в сектор кольца (внешний радиус кольца - R₁ внутренний - R) с центром, обеспечивающим наиболее эффективное использование магнитопровода _q. При этом лучший эффект достигается когда:

R₁-Rd_m,

где d_m - ширина постоянного магнита 2.

Данное требование достигается оптимизацией размеров самого магнита (шириной t) и, по описанным выше требованиям, подбора углов a и b. По указанным уравнениям расчетным путем были получены следующие значения углов: a =60-90° и b=(0.2-0.3)a. Оптимальность указанных значений была впоследствии подтверждена экспериментально.

При воздействии внешнего магнитного поля в магнитах наводятся вихревые токи. Потери от действия внешнего магнитного поля на магнит можно представить следующим образом

где P - мощность потерь

t - ширина магнита, м

f - частота, Гц

Bm - магнитная индукция в зазоре, Тл

p - проводимость магнита, Гн/м

Как следствие, чем выше ширина воздействия магнитного поля на магнит и чем выше индукция в воздушном зазоре, тем выше потери, создаваемые внешним магнитным полем. Разделение магнитов на составные части (т.е. разделение пазов на участки, расположенные под углом друг к другу) обеспечит уменьшение указанных потерь.

Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет снизить поток рассеяния магнитной энергии постоянных магнитов в теле ротора, обеспечить равномерность магнитного поля (равномерное распределение вектора магнитной индукции в зазоре под полюсом), уменьшить неравномерность крутящего момента на валу и, как следствие, увеличить КПД электрической машины при сохранении оптимальных габаритов массы ротора.

Ротор электрической машины, включающий пакет перфорированных пластин из магнитомягкого железа и постоянные магниты, установленные в пазах, которые образованы отверстиями в указанных пластинах и попарно расположены по периметру ротора в виде симметричных относительно радиуса ротора секций, отличающийся тем, что в каждой секции пазы состоят из двух участков - внутреннего участка, расположенного под углом a=60-90° к радиусу ротора, и внешнего участка, расположенного под b=(0,2-0,3)а к внутреннему участку, причём в каждом участке пазов расположен прямой постоянный магнит.

Ротор электрической машины, включающий пакет перфорированных пластин из магнитомягкого железа и постоянные магниты, установленные в пазах, которые образованы отверстиями в указанных пластинах и попарно расположены по периметру ротора в виде симметричных относительно радиуса ротора секций, отличающийся тем, что в каждой секции пазы состоят из двух участков - внутреннего участка, расположенного под углом a=60-90° к радиусу ротора, и внешнего участка, расположенного под b=(0,2-0,3)a к внутреннему участку, причём в обоих участках каждого паза расположен единый изогнутый магнит соответствующей формы.