RU2543606C1

RU2543606C1 - Electrical machine rotor magnetic system

Info

Publication number: RU2543606C1
Application number: RU2014109699/07A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Михайлович Русаков; Анатолий Михайлович Сугробов; Евгений Олегович Казимиров; Надежда Анатольевна Окунева; Александр Николаевич Соломин; Ирина Алексеевна Кузнецова
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2015-03-10

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: rotor magnetic system contains the magnetic conductor fixed on a shaft from magnetosoft material without gaps along external and internal diameters with a hole for mounting of a permanent magnet. The magnet is formed by separate elements of four in the case under consideration (by number of poles) hollow cylindrical permanent magnets. The hole for magnet is designed without gaps, has a wavy form, symmetric with reference to the shaft axis, with identical distances between tops of the wave edges located near the rotor boring and located from it at identical distance. The elements of permanent magnets placed in the hole have identical magnetic polarity between each couple of neighbouring tops of the wavy hole. This polarity changes to opposite at each passing of a top.

EFFECT: increase of magnetic flux in the air gap of the electrical machine.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно к устройству роторов электрических машин с возбуждением от постоянных магнитов, расположенных на роторе, и может быть использовано как в общем, так и в специальном электромашиностроении при производстве электродвигателей и генераторов.The invention relates to the field of electrical engineering, and more particularly to the device of rotors of electric machines with excitation from permanent magnets located on the rotor, and can be used both in general and in special electrical engineering in the production of electric motors and generators.

Известна магнитная система ротора, содержащая закрепленный на валу магнитопровод, выполненный из магнитомягкого материала без разрывов по внешнему и внутреннему диаметрам и с отверстиями под размещение в них постоянных магнитов. Отверстия выполнены прямоугольной формы с наклоном к радиальным осям (расположены вдоль хорд) таким образом, что расстояние между обращенными друг к другу и к валу боковыми поверхностями их по мере приближения к расточке ротора уменьшается, а между противоположными поверхностями тех же отверстий и в том же направлении увеличивается. Магнитная система ротора с требуемым по условию ее работоспособности чередованием вдоль расточки ротора полярностью полюсов образуется путем установки в указанные прямоугольной формы отверстия ротора намагниченных перпендикулярно боковым поверхностям призматических постоянных магнитов, причем таким образом, что каждая пара обращенных друг к другу и в сторону расточки ротора поверхности соседних магнитов имеет одинаковую магнитную полярность и полярность следующих друг за другом и ориентированных указанным образом пар магнитов вдоль расточки чередуется (патент RU 2244370, МПК Н02K 1/06, опубл. 10.01.2005).A known rotor magnetic system containing a magnetic circuit fixed to the shaft, made of soft magnetic material without breaks in the outer and inner diameters and with holes for the placement of permanent magnets in them. The holes are rectangular in shape with an inclination towards the radial axes (located along the chords) so that the distance between their side surfaces facing each other and the shaft decreases as they approach the rotor bore, and in the same direction between opposite surfaces of the same holes increases. The rotor magnetic system with alternating poles polarity along the rotor bore, required by the condition of its operability, is formed by installing in the indicated rectangular holes the rotor holes of the rotor magnetized perpendicular to the side surfaces of prismatic permanent magnets, so that each pair of adjacent surfaces facing each other and towards the rotor bore of magnets has the same magnetic polarity and polarity of successive and oriented in this way pairs of magnets in ol alternates bore (patent RU 2244370, IPC N02K 1/06, publ. 10.01.2005).

К недостаткам рассматриваемой магнитной системы ротора относятся также и значительные по величине потоки рассеяния, которые замыкаются между магнитами, обращенными друг к другу одноименными полюсами через ферромагнитные перемычки между отверстиями под магниты как со стороны расточки ротора, так и со стороны вала, что также приводит к уменьшению магнитного потока в рабочем воздушном зазоре электрической машины и к ухудшению ее массогабаритных и энергетических показателей [патент RU 2244370, кл. Н02K 1/06, опубл. 10.01.05].The disadvantages of the rotor magnetic system under consideration also include significant scattering fluxes that are closed between magnets facing each other by the same poles through ferromagnetic bridges between the holes for the magnets from both the rotor bore and the shaft side, which also leads to a decrease magnetic flux in the working air gap of an electric machine and to the deterioration of its overall dimensions and energy indicators [patent RU 2244370, cl. H02K 1/06, publ. 01/10/05].

Наиболее близкой к заявляемому изобретению является магнитная система ротора (см. патент RU №2316103, МПК Н02K 1/27, МПК Н02K 21/14, опубл. 27. 01. 2008 г.), которая содержит закрепленный на валу магнитопровод, выполненный из магнитомягкого материала без разрывов по внутреннему и внешнему диаметрам и с отверстиями под размещение в них постоянных магнитов. Отверстия выполнены прямоугольными с наклоном к радиальным осям (расположены вдоль хорд) таким образом, что расстояние между обращенными друг к другу и к валу боковыми поверхностями их по мере приближения к расточке ротора уменьшается, а между противоположными поверхностями тех же отверстий и в том же направлении увеличивается. Магнитная система ротора с требуемой по условию ее работоспособности чередующейся по расточке ротора полярностью полюсов образуется путем установки в указанные прямоугольной формы отверстия ротора намагниченных перпендикулярно боковым поверхностям постоянных магнитов, причем таким образом, что каждая пара обращенных друг к другу и в сторону расточки ротора поверхностей соседних призматических магнитов имеет одинаковую магнитную полярность, а полярность следующих друг за другом таких пар магнитов вдоль расточки чередуется.Closest to the claimed invention is a magnetic rotor system (see patent RU No. 2316103, IPC Н02K 1/27, IPC Н02K 21/14, publ. 27. 01. 2008), which contains a magnetic circuit fixed to the shaft, made of soft magnetic material without gaps in the inner and outer diameters and with holes for the placement of permanent magnets in them. The holes are made rectangular with a slope to the radial axes (located along the chords) so that the distance between the side surfaces facing each other and the shaft decreases as they approach the rotor bore, and increases between the opposite surfaces of the same holes in the same direction . The rotor magnetic system with the required polarity of the poles alternating along the rotor bore of the rotor is formed by installing the rotor holes of the rotor magnetized perpendicular to the lateral surfaces of the permanent magnets in the rectangular shape, so that each pair of adjacent prismatic surfaces facing each other and towards the rotor bore of magnets has the same magnetic polarity, and the polarity of successive such pairs of magnets alternating along the bore.

Однако такая магнитная система ротора отличается наличием воздушной полости, прилегающей к торцам постоянных магнитов со стороны вала, что способствует лишь уменьшению магнитных потоков рассеяния в этой области, но не устраняет их полностью.However, such a rotor magnetic system is distinguished by the presence of an air cavity adjacent to the ends of the permanent magnets on the shaft side, which only contributes to a decrease in the magnetic fluxes of scattering in this region, but does not completely eliminate them.

Техническая задача изобретения заключается в полном устранении потоков рассеяния с поверхностей постоянных магнитов, расположенных вблизи вала.The technical task of the invention is to completely eliminate the scattering fluxes from the surfaces of permanent magnets located near the shaft.

Техническим результатом изобретения является увеличение магнитного потока постоянных магнитов в воздушном зазоре электрической машины и ее мощности при тех же размерах ротора или уменьшение размеров ротора при той же мощности.The technical result of the invention is to increase the magnetic flux of permanent magnets in the air gap of an electric machine and its power with the same rotor sizes or reduce the size of the rotor at the same power.

Это достигается тем, что в известной магнитной системе ротора, содержащей закрепленный на валу, выполненный из магнитомягкого материала магнитопровод без разрывов по внутреннему и внешнему диаметрам, с отверстиями и расположенными в них постоянными магнитами, все отверстия объединены в одно симметрично расположенное относительно оси вала и полностью заполненное постоянными магнитами отверстие, имеющее волнообразную форму с одинаковыми расстояниями между максимумами гребней волн, расположенных вблизи расточки ротора и отстоящих на одинаковом от нее расстоянии, а помещенные в отверстие постоянные магниты имеют одинаковую магнитную полярность между каждой парой соседних максимумов и эта полярность поочередно меняется на противоположную при переходе через каждый максимум.This is achieved by the fact that in the known magnetic system of the rotor containing a magnetic circuit fixed to a shaft made of soft magnetic material without breaks in the inner and outer diameters, with holes and permanent magnets located in them, all holes are combined into one symmetrically located relative to the shaft axis and completely a hole filled with permanent magnets, having a wave-like shape with equal distances between the maxima of the wave crests located near the rotor bore and spaced apart dinakovom distance from it, and the permanent magnets placed in the hole have the same magnetic polarity between each pair of adjacent maxima and the polarity is alternately reversed at each transition through a maximum.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показано поперечное сечение одного из возможных вариантов магнитной системы четырехполюсного ротора с одним симметрично расположенным относительно оси вала волнообразным отверстием, образованным из прилегающих друг к другу участков четырех одинаковых цилиндрических отверстий и полностью заполненным материалом постоянных магнитов. На фиг.2 показана часть элементов цилиндрических постоянных магнитов, размещенных в этом отверстии с проставленными на них буквенными обозначениями этих же элементов постоянных магнитов на фиг.1. На фиг.3 в пределах половины полюсного деления ротора показаны контуры обращенных к расточке ротора участков поверхностей постоянных магнитов при их призматической, очерченной пунктирными линиями, и цилиндрической формах. На этом же чертеже приведены численные значения их длин L₂ и L₁ соответственно и отношения этих длин L₁/L₂.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows a cross-section of one of the possible variants of the magnetic system of a four-pole rotor with one wave-shaped hole symmetrically positioned relative to the axis of the shaft, formed from adjacent sections of four identical cylindrical holes and completely filled with permanent magnet material. Figure 2 shows a part of the elements of cylindrical permanent magnets placed in this hole with the lettering of the same elements of the permanent magnets affixed to them in figure 1. Figure 3 within half of the pole division of the rotor shows the contours facing the bore of the rotor of the surface sections of the permanent magnets with their prismatic, outlined by dashed lines, and cylindrical shapes. The same drawing shows the numerical values of their lengths L ₂ and L _1, respectively, and the ratio of these lengths L ₁ / L ₂ .

Магнитная система ротора содержит закрепленный на валу 1 магнитопровод 2, выполненный из магнитомягкого материала без разрывов по внешнему и внутреннему диаметрам и с отверстием 3 под размещение в нем постоянного магнита, образованного отдельными элементами четырех в рассматриваемом случае (по числу полюсов) полых цилиндрических постоянных магнитов, два из которых показаны на фиг.2. Отверстие 3 выполнено без разрывов, имеет симметричную относительно оси вала 1 волнообразную форму с одинаковыми расстояниями между максимумами гребней волн, расположенных вблизи расточки ротора и отстоящих на одинаковом от нее расстоянии, а помещенные в отверстие элементы 6-17 постоянных магнитов имеют одинаковую магнитную полярность между каждой парой соседних максимумов волнообразного отверстия и эта полярность поочередно меняется на противоположную при переходе через каждый максимум.The rotor magnetic system comprises a magnetic circuit 2 fixed on the shaft 1, made of soft magnetic material without gaps in the outer and inner diameters and with an opening 3 for placing a permanent magnet in it, formed by individual elements of four hollow cylindrical permanent magnets in this case (by the number of poles), two of which are shown in FIG. The hole 3 is made without discontinuities, has a wave-like shape symmetrical about the axis of the shaft 1 with equal distances between the maxima of the wave crests located near the rotor bore and spaced at the same distance from it, and the elements of 6-17 permanent magnets placed in the hole have the same magnetic polarity between each a pair of neighboring maxima of the wave-like hole and this polarity alternately reverses when passing through each maximum.

Выполнение магнитной системы ротора указанным способом позволяет, как это следует из данных сравнения длин L₁ и L₂ (фиг.2) боковых поверхностей постоянных магнитов при призматической и волнообразной их форме, сформированной из отдельных элементов (участков) целостных цилиндрических постоянных магнитов (см. фиг.2), увеличить площадь активной поверхности постоянного магнита на полюсном делении при четырехполюсной магнитной системе ротора и соответственно магнитный поток полюса примерно на 25% (в 1,24 раза). При шестиполюсной магнитной системе ротора активная площадь постоянного магнита в пределах полюсного деления и поток полюса увеличиваются в 1,32 раза.The implementation of the rotor magnetic system in this way allows, as follows from the comparison of the lengths L ₁ and L ₂ (Fig. 2) of the side surfaces of the permanent magnets with a prismatic and wave-like shape formed from individual elements (sections) of integral cylindrical permanent magnets (see figure 2), to increase the area of the active surface of the permanent magnet in pole division with the four-pole magnetic system of the rotor and, accordingly, the magnetic flux of the pole by about 25% (1.24 times). With a six-pole rotor magnetic system, the active area of the permanent magnet within the pole division and the flux of the pole increase by 1.32 times.

Это обстоятельство свидетельствует о преимуществе заявляемой магнитной системы ротора перед магнитными системами ротора с призматическими магнитами с точки зрения способности преобразования большего объема электрической энергии в механическую и обратного ее преобразования при одинаковых размерах ротора и с точки зрения получения одной и той же мощности при меньших размерах электрической машины. В заявляемой магнитной системе ротора отсутствует рассеяние магнитного потока с обращенной к ротору поверхности постоянного магнита, что способствует дополнительному увеличению магнитного потока, отдаваемого постоянным магнитом во внешнюю магнитную цепь, и улучшению его технических характеристик.This circumstance testifies to the advantage of the inventive rotor magnetic system over magnetic rotor systems with prismatic magnets in terms of the ability to convert a larger amount of electrical energy into mechanical energy and its reverse conversion with the same rotor sizes and from the point of view of obtaining the same power with smaller sizes of the electric machine . In the inventive magnetic system of the rotor, there is no scattering of magnetic flux from the surface of the permanent magnet facing the rotor, which contributes to an additional increase in the magnetic flux given by the permanent magnet to the external magnetic circuit and to improve its technical characteristics.

Соединение элементов магнитной системы ротора в единую механически прочную конструкцию можно обеспечить несколькими способами. Например, это можно осуществить, используя для этой цели, например, стержни 4 и 5, стягивающие напрессованные на вал с обеих торцевых сторон ротора немагнитные дисковые шайбы. Возможны и другие способы взаимного крепления конструктивных элементов ротора в единую механически прочную конструкцию.The connection of the elements of the magnetic system of the rotor into a single mechanically strong design can be achieved in several ways. For example, this can be done using, for this purpose, rods 4 and 5, for example, non-magnetic disk washers that are pressed onto the shaft on both ends of the rotor and are pressed onto the shaft. There are other possible ways of mutual fastening of the structural elements of the rotor in a single mechanically strong design.

Использование изобретения позволяет увеличить магнитный поток постоянных магнитов в воздушном зазоре электрической машины и ее мощность при тех же размерах ротора или уменьшить размеры ротора при той же мощности.Using the invention allows to increase the magnetic flux of permanent magnets in the air gap of an electric machine and its power with the same rotor sizes or reduce the size of the rotor at the same power.

Claims

Магнитная система ротора электрической машины, содержащая закрепленный на валу магнитопровод, выполненный из магнитомягкого материала без разрывов по внешнему и внутреннему диаметрам с отверстиями и установленными в каждом из них постоянными магнитами, отличающаяся тем, что все отверстия объединены в одно симметрично расположенное относительно оси вала и полностью заполненное постоянными магнитами отверстие, имеющее волнообразную форму с одинаковыми расстояниями между максимумами гребней волн, расположенных вблизи расточки ротора и отстоящих на одинаковом от нее расстоянии, а помещенные в отверстие постоянные магниты имеют одинаковую магнитную полярность между каждой парой соседних максимумов, и эта полярность поочередно меняется на противоположную при переходе через каждый максимум. The magnetic system of the rotor of an electric machine, comprising a magnetic circuit fixed to the shaft, made of soft magnetic material without gaps in the outer and inner diameters with holes and permanent magnets installed in each of them, characterized in that all the holes are combined into one symmetrically located relative to the shaft axis and completely a hole filled with permanent magnets, having a wavy shape with the same distance between the maxima of the wave crests located near the bore of the rotor and spaced at an equal distance from it and placed in the opening permanent magnets have the same magnetic polarity between each pair of adjacent peaks, and the polarity is alternately reversed at each transition through a maximum.