РОТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к роторам электрических машин, содержащим постоянные магниты, и может найти широкое применение в синхронных электродвигателях и электрогенераторах.

В электрических машинах индуцируемое магнитное поле делится на главное поле (ГП) и поле рассеяния (ПР). Магнитные линии ГП сцеплены с витками первичной и вторичной обмоток. Магнитные линии ПР сцеплены с витками обмоток только статора или только ротора (1).

Известен ротор электрической машины с постоянными магнитами, содержащий магнитопровод и постоянные магниты, расположенные парами на поверхности магнитопровода по окружности, при этом магниты каждой пары расположены друг к другу одноименными полюсами, соседние пары расположены друг к другу разноименными полюсами, образуя полюса ротора, расстояние между магнитами пары меньше, чем расстояние между соседними парами, а соседняя боковая поверхность каждого из магнитов пары составляет с плоскостью, проходящей через внешнее ребро соответствующего магнита и ось ротора, угол от 0 до 30 геометрических градусов (2).

Однако электрические машины с известным ротором характеризуются низким КПД из-за достаточно большой величины рабочего зазора между ротором и статором, что обуславливает небольшую величину ГП магнитного поля. Данный недостаток связан с тем, что при расположении на магнитопроводе требуется использовать дополнительные средства крепления постоянных магнитов для противодействия центробежной силе, возникающей при вращении ротора.

Известен также ротор электрической машины с постоянными магнитами, содержащий магнитопровод и постоянные магниты, расположенные парами внутри магнитопровода в непосредственной близости к его наружной поверхности по окружности, при этом магниты каждой пары расположены друг к другу одноименными полюсами, соседние пары расположены друг к другу разноименными полюсами, образуя полюса ротора, а магнитопровод выполнен с перемычками, расположенными между его наружной поверхностью и магнитами и между полюсами магнитов соседних пар (3).

Однако данный ротор электрической машины обладает следующими недостатками. Из-за наличия перемычек между магнитами и наружной поверхностью магнитопровода и между полюсами магнитов соседних пар пути замыкания поля рассеяния являются короткими. Это приводит к тому, что значительная часть магнитного поля, индуцируемого постоянными магнитами, рассеивается по магнитопроводу с образованием бесполезного ПР и, соответственно, уменьшением рабочего ГП. В связи с этим КПД электрических машин является недостаточно высоким - в электрогенераторах ЭДС в обмотках статора, а в электродвигателях крутящий момент на валу ротора достигают недостаточной величины.

Задача изобретения состоит в повышении КПД электрических машин за счет увеличения величины ГП путем увеличения пути замыкания ПР в магнитопроводе и, соответственно, снижения его величины.

Сущность изобретения заключается в том, что для решения поставленной задачи путем указанного технического результата ротор электрической машины с постоянными магнитами, содержащий магнитопровод и постоянные магниты, расположенные парами внутри магнитопровода в непосредственной близости к его наружной поверхности по окружности, при этом магниты пары расположены друг к другу одноименными полюсами, соседние пары расположены друг к другу разноименными полюсами, образуя полюса ротора, а магнитопровод выполнен с перемычками между его наружной поверхностью и магнитами и между соседними парами, образующими полюса ротора, согласно изобретению магнитопровод содержит прорези, выполненные в перемычках между соседними парами, образующими полюса ротора, прорези, выполненные перпендикулярно нижней части полюсов магнитов, примыкающих к магнитам соседних пар, образующим полюса ротора, и выполнен с зазорами по отношению к полюсам магнитов, примыкающих к магнитам соседних пар, образующим полюса ротора.

Изобретение поясняется чертежом - часть ротора (полюс ротора) в поперечном разрезе.

Ротор электрической машины с постоянными магнитами содержит магнитопровод 1 и постоянные магниты 2, 3, 4, 5.

Постоянные магниты 2, 3, 4, 5 расположены парами внутри магнитопровода 1 в непосредственной близости к его наружной поверхности по окружности: пара магнитов 2-3 и пара магнитов 4-5. В парах магниты 2-3 и магниты 4-5 расположены друг к другу одноименными полюсами - S-S, N-N. Соседние пары магнитов 2-3 и 4-5 расположены друг к другу разноименными полюсами: S-N, N-S, образуя магнитами 3 и 4 полюс ротора. Пары магнитов 2-3 и 4-5 могут быть расположены в одной плоскости наружной поверхности ротора или V-образно.

Магнитопровод 1 выполнен с перемычками 6, расположенными между его наружной поверхностью и магнитами 2, 3, 4, 5 и с перемычками 7, расположенными между магнитами 3 и 4, образующими полюс ротора.

Магнитопровод 1 содержит прорези 8, выполненные в перемычках 7, прорези 9, выполненные перпендикулярно нижней части полюсов магнитов 2, 3, 4, 5, примыкающих к соседней паре, и выполнен с зазорами 10 по отношению к полюсам магнитов 2, 3, 4, 5, примыкающих к соседней паре.

Изобретение в электромашинах (электрогенераторах и электродвигателях) используют следующим образом.

Постоянные магниты 2, 3, 4, 5 индуцируют постоянное магнитное поле. Магниты 3 и 4 соседних пар, обладающие разноименными полюсами - N-S и образующие полюс ротора, индуцируют общее магнитное поле. Количество полюсов в роторе равно количеству пар. Общее магнитное поле в роторе разделяется на ГП и ПР.

ПР, в свою очередь, разделяется на два потока. Один поток ПР возникает между полюсом N магнита 3 и полюсом S магнита 4. От полюса N магнита 3 поток проходит через перемычку 7, огибает прорезь 8, проходит по магнитопроводу 1, вновь проходит по перемычке 7 и замыкается на полюсе S магнита 4. Благодаря тому что в перемычке 7 выполнена прорезь 8, значительно увеличивается путь замыкания потока ПР по перемычке 7, что приводит к уменьшению ПР за счет сопротивления материала магнитопровода 1 и, соответственно, к увеличению ГП.

Второй поток ПР возникает между полюсами N и S каждого магнита 2, 3, 4 5. При этом второй поток ПР проходит через перемычки 6 и 7 и магнитопровод 1, огибая зазоры 10 и прорези 9. Благодаря тому что магнитопровод 1 содержит прорези 9 и зазоры 10, значительно увеличивается путь замыкания второго потока ПР между полюсами N и S, что приводит к уменьшению ПР и, соответственно, к увеличению ГП.

ГП от полюса N магнита 3 проходит по магнитопроводу 1, пересекает рабочий зазор (на чертеже не показан) между ротором и статором (на чертеже не показан), проходит по магнитопроводу статора, пересекает обмотки (на чертеже не показаны) статора, опять проходит по магнитопроводу статора, вторично пересекает рабочий зазор между статором и ротором, проходит по магнитопроводу 1 ротора, проходит по магниту 4 от полюса S к полюсу N, проходит по магнитопроводу 1 и замыкается на полюсе S магнита 3.

Применение электромашины в качестве электродвигателя. На обмотки статора от электросети подают напряжение трехфазного тока. Индуцируется вращающееся магнитное поле, которое взаимодействует с ГП магнитного поля. ГП магнитного поля индуцируется постоянными магнитами 3 и 4, образующими полюс ротора. В результате на валу ротора возникает вращающийся момент, придающий ротору вращение со скоростью, которая прямо пропорциональна частоте вращения магнитного поля статора. А величина вращающегося момента на роторе прямо пропорциональна величине напряжения на обмотках статора и величине ГП.

Применение электромашины в качестве электрогенератора. Ротору придают вращение с требуемой скоростью от внешнего источника механической силы (ДВС, паровая турбина, гидротурбина и т.д.). При этом ГП магнитного поля, индуцируемого постоянными магнитами 3 и 4 (полюсом ротора), пересекает магнитопровод и обмотки статора и возбуждает в обмотках ЭДС. Возникает переменный электрический ток, напряжение и сила которого прямо пропорциональны скорости вращения ротора и величине ГП магнитного поля.

Источники информации

1. Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для вузов. / И.П. Копылов и др.; Под ред. И.П. Копылова. - М.: Энергия, 1980. С. 102.

2. Патент на изобретение РФ №2273084, H02К 1/24, опубликовано 27.03.2006.

3. Патент на полезную модель РФ №123254, H02К 1/27, опубликовано 20.12.2012 (прототип).