Електрична машина з постійними магнітами

Реферат: Винахід належить до області електричних машина, а саме до синхронних електричних машин зі збудженням від постійних магнітів. В електричній машині з постійними магнітами, що має ротор у вигляді феромагнітного циліндра, на поверхні якого виконано ряд пазів і зубців, полюсні башмаки, що змонтовані над постійними магнітами, статор розміщений співвісно з ротором і віддалений від нього повітряним зазором. В пазах ротора на немагнітних стійках розміщені полюсні башмаки, форма і розміри яких відповідають формі і розмірам зовнішньої поверхні зубців. В щілини, утворені денами пазів, стійками і нижніми поверхнями полюсних башмаків, встановлені магніти збудження, при цьому їх однойменна полярність направлена до подовжньої осі ротора. Винахід дозволяє спростити конструкцію, зменшити витрати матеріалів постійних магнітів і розширює функціональні можливості. UA 99683 C2 (12) UA 99683 C2 UA 99683 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до області електричних машин, а саме: до синхронних електричних машин зі збудженням від постійних магнітів. Відома електрична машина з постійними магнітами, що має ротор у вигляді феромагнітного циліндра, на поверхні якого виконано ряд пазів і зубців, полюсні башмаки, що змонтовані над постійними магнітами, статор, який розміщений співвісно з ротором і віддалений від нього повітряним зазором [1, с. 28]. В даній електричній машині кожен зубець ротора виконаний з магніту, на поверхні якого закріплений полюсний башмак. Недоліком аналога є те, що для виготовлення ротора такої електричної машини необхідна велика кількість матеріалу, з якого виготовляються постійні магніти. В такій конструкції ротора виникають труднощі в кріпленні полюсних башмаків до магнітів. При цьому кріпильні матеріали заливаються в тіло магніту, а з іншої сторони вони скріплюються з полюсними башмаками. Таке кріплення полюсних башмаків не забезпечує високу механічну міцність ротора. Крім того, такий ротор неможливо використати як універсальний в електричних машинах одного типорозміру зі статорними обмотками на різну потужність з різною тривалістю включення. Це визвано тим, що ротор має незмінну магніторушійну силу. Відома електрична машина з постійними магнітами, що має ротор у вигляді феромагнітного циліндра, на поверхні якого виконано ряд пазів і зубців, полюсні башмаки, що змонтовані над постійними магнітами, статор, який розміщений співвісно з ротором і віддалений від нього повітряним зазором [1, с. 38]. В такій електричній машині, на відміну від аналога, полюсні башмаки виникають за рахунок використання біметалевої обойми у вигляді кільця, яке має ділянки з магнітом'якого матеріалу (башмаки) і немагнітної сталі (міжполюсні ділянки). Зварний циліндр напресовується на полюси магнітів з натягом, при цьому забезпечується висока механічна міцність. Виконання полюсних башмаків у вигляді зварного циліндра значно ускладнює конструкцію з технологічної сторони виготовлення як циліндра, так і зовнішньої поверхні магнітного циліндра. Інші елементи конструкції ротора мають побудову, аналогічну конструкції аналога, і мають такі ж недоліки. В основу винаходу поставлена задача спрощення конструкції, зменшення витрат матеріалів постійних магнітів і розширення функціональних можливостей. Поставлена задача вирішується тим, що в електричній машині з постійними магнітами, що має ротор у вигляді феромагнітного циліндра, на поверхні якого виконано ряд пазів і зубців, полюсні башмаки, що змонтовані над постійними магнітами, статор, який розміщений співвісно з ротором і віддалений від нього повітряним зазором, в пазах ротора на немагнітних стійках розміщені полюсні башмаки, форма і розміри яких відповідають формі і розмірам зовнішній поверхні зубців, а в щілини, утворені денами пазів, стійками і нижніми поверхнями полюсних башмаків, встановлені магніти збудження, при цьому їх однойменна полярність направлена до подовжньої осі ротора. В порівнянні з прототипом, запропонована електрична машина з постійними магнітами відрізняється наявністю таких ознак: - полюсні башмаки мають стійки; - стійки полюсних башмаків виконані з немагнітного матеріалу; - полюсні башмаки на стійках розміщені на пазах ротора; - форма полюсних башмаків відповідає формі зовнішньої поверхні зубців; - розміри полюсних башмаків відповідають розмірам поверхні зубців; - дно пазів, стійки і нижні поверхні полюсних башмаків утворюють щілини; - в щілини встановлені магніти збудження; - однойменна полярність магнітів збудження направлена до подовжньої осі ротора. Всі вищезгадані ознаки є суттєвими, кожна окремо і в сукупності забезпечують досягнення поставленої задачі. Суть винаходу пояснюється кресленнями. На фіг. 1 - показано переріз електричної машини; фіг. 2, 3, 4, 5 - варіанти виконання полюсного башмака; на фіг. 6 - вид А на полюсний башмак; на фіг. 7 - вид Б на зубець ротора. Електрична машина з постійними магнітами має ротор 1 у вигляді феромагнітного циліндра, на поверхні якого виконано ряд пазів 2 і зубців 3, полюсні башмаки 4, що встановлені над магнітами 5. Співвісно з ротором 1 розміщений статор 6, який віддалений від нього повітряним зазором 7. Полюсні башмаки 4 мають стійки 8, виконані з немагнітного матеріалу. Стійки 8 можуть бути виконані у вигляді пластин 9, кутників 10, вертикальних 16 або горизонтальних 17 стрижнів і т.п. Форма і розміри стійок залежать від діаметра ротора, кількості і розмірів пазів, геометричних розмірів постійних магнітів, вимог до механічної міцності і т.п. Полюсні башмаки 4 на стійках 8 1 UA 99683 C2 5 10 15 20 25 30 встановлені в пазах 2 і закріплені там до ден 11 пазів 3 зварюванням, або іншим способом кріплення. Форма і розміри полюсних башмаків 4 відповідають формам і розмірам зубців 3. Так, на фіг. 4 показано вид А на зовнішню поверхню полюсного башмака 4, на фіг. 5 - вид Б на зовнішню поверхню зубця 3. Полюсний башмак 4 має рівну довжину з довжиною зубця 3, що дорівнює активній довжині ротора li, рівну ширину, тобто bПБ = b3, і кут , який залежить від числа пазів статора 6. У щілини 12, утворені денами 11 пазів 3, стійками 8 і нижніми поверхнями 13 полюсних башмаків 4 встановлені магніти збудження 5. При цьому однойменна полярність (на фіг. 1-S) направлена до подовжньої осі ротора 1. В залежності від технічних вимог до електричної машини (потужність, режим роботи, характер вихідних характеристик і т.п.), тобто мати різну магніторушійну силу ротора в одному габаритному розмірі, в щілину 12 можлива установка магнітів збудження 5 різної марки, різної товщини, заповнюючи при цьому решток об'єму щілини пластинами з феромагнітного матеріалу, які встановлюються як зі сторони дна 11 паза 3, так і зі сторони нижньої поверхні 13 полюсного башмака 4 (на фіг. не показано). В зібраному стані електричної машини магнітний потік Ф постійних магнітів збудження 5, розміщених в щілинах 12, замикається таким чином: магніт збудження 5 - полюсний башмак 4 повітряний зазор 7 - зубцева зона 14 статора 6 - ярмо 15 статора 6 - зубцева зона 14 повітряний зазор 7 - зубець 3 - магніт збудження 5. За рахунок зображеного на фіг. 1 замикання магнітного потоку Ф в зубцях 3 виникає полярність, протилежна полярності полюсних башмаків 4. Маючи таку конструкцію ротора, електрична машина може працювати як в режимі генератора, так і двигуна. Таким чином, запропонована електрична машина має спрощене конструктивне рішення зі зменшеною масою постійних магнітів, а також розширені функціональні можливості за рахунок можливої установки в щілини магнітів збудження різної товщини з підкладками з феромагнітного матеріалу, змінюючи магніторушійну силу ротора. Дане технічне рішення знаходиться на стадії розробки конструкторської документації на малообертовий безредукторний синхронний генератор для вітро- та гідроустановок з керованими лопатями турбіни. Джерела інформації: 1. Балагуров В.А., Галтеев Ф.Ф. Электрические генераторы с постоянными магнитами. - M: Энергоатомиздат, 1988.-280 с.: ил. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 Електрична машина з постійними магнітами, що має ротор у вигляді феромагнітного циліндра, на поверхні якого виконано ряд пазів і зубців, полюсні башмаки, що змонтовані над постійними магнітами збудження, статор, який розміщений співвісно з ротором і віддалений від нього повітряним зазором, яка відрізняється тим, що полюсні башмаки, форма і розміри яких відповідають формі і розмірам зовнішньої поверхні зубців, розміщені в пазах ротора на немагнітних стійках, а в щілини, утворені денами пазів, стійками і нижніми поверхнями полюсних башмаків, встановлені магніти збудження, при цьому їх однойменна полярність направлена до подовжньої осі ротора. 2 UA 99683 C2 3 UA 99683 C2 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4