Многополюсный ротор электрической машины

 

Изобретение относится к производству электрических машин с постоянными магнитами и может быть использовано при изготовлении многополюсных роторов. Цель - повышение эффективности использования магнитотвердого материала. Предлагаемый монолитный ротор выполнен в виде полого цилиндра из магнитотвердого материала с внешним радиусом R₂, намагниченность J которого в каждой точке определяется выражением: где p - число пар полюсов (p≥2); J - модуль вектора намагниченности; - орты полярной системы координат; α - угловая координата точки ротора, при этом радиус R₁ внутреннего центрального отверстия определяется соотношением: где b = -0,0055; c = 0,993; d = 3,261. 1 табл. 2 ил.

Изобретение относится к производству электрических машин с постоянными магнитами и может быть использовано при изготовлении многополюсных роторов электрических машин (МКИ: НО2К 21/08).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому ротору является ротор, выполненный в виде монолитного полога цилиндра с внутренним и внешним радиусом R₁ и R₂ соответственно, намагниченностью материала которого в каждой точке определяется выражением: где p число пар полюсов, J модуль вектора намагниченности, орты полярной системы координат, a угловая координата точки ротора. Ротор имеет синусоидальное распределение индукции магнитного поля.

Этот ротор, выбранный за прототип, создавая синусоидальное распределение магнитного поля, имеет недостаток, который заключается в том, что изменение размеров ротора приводит к уменьшению магнитного потока, а кроме того, ведет к неэффективному использованию магнитотвердого материала.

Цель изобретения повышение эффективности использования магнитотвердого материала.

Для достижения указанной цели многополюсный ротор выполнен в виде монолитного полого цилиндра из магнитотвердого материала с внешним радиусом R₂, намагниченность которого в каждой точке определяется выражением где p число пар полюсов (p≥2); J модуль вектора намагниченности; орты полярной системы координат; a угловая координата точки ротора. Радиус R₁ внутреннего центрального отверстия определяется соотношением: где b -0,0055; c 0,993; d- 3,261.

Выполнение ротора с центральным отверстием, размер которого определяется соотношением (1), позволяет получать определенную величину магнитного потока с минимально возможными затратами магнитотвердого материала.

За счет экономии магнитотвердого материала с сохранением магнитного потока повышается эффективность использования этого материала в конструкции ротора, т.к. возрастает значение магнитного потока, приходящегося на единицу массы магнита.

Устройство изображено на фиг. 1 и выполнено в виде полого монолитного кругового цилиндра 1 с внутренним и внешним радиусами соответственно R₁ и R₂. На фиг. 2 для различного числа полюсов представлены графики зависимостей отношения Ф/Ф₀, где Ф поток, созданный ротором с центральным отверстием, Ф₀ поток такого же ротора, но без центрального отверстия, в зависимости от радиуса отверстия R₁. R₁ выражен в единицах R₂. Соотношение между радиусами R₁ и R₂ определяется формулой (1). Изобретение ориентации вектора намагниченности представлено на примере четырехполюсного ротора.

Монолитный ротор изготавливается и работает следующим образом. Ориентация осей легкого намагничивания частиц порошкового материала, например редкоземельного сплава КС37, т.е. текстурование и прессование, осуществляется в магнитном поле с напряженностью 400-500 А/м; далее порошок подвергается спеканию и термообработке. Намагничивание магнита осуществляется в магнитном поле с напряженностью более 2000 кА/м. Текстурование порошка и намагничивание магнита с синусоидальным распределением поля может быть произведено в устройстве, обеспечивающем требуемую топографию магнитного поля. После намагничивания ротора перемещается в статор электрической машины.

Графики на фиг. 2 получены с помощью численных расчетов на ЭВМ. Как видно из этих зависимостей, увеличение размера центрального отверстия сначала не приводит к существенному уменьшению магнитного потока ротора. Используя графические зависимости (фиг. 2), можно указать для различного числа полюсов значения радиуса R₁, соответствующие толщине магнитоактивного слоя, при которой поток ротора составляет 95% от потока такого же ротора, но без центрального отверстия. Эти значения R₁ приведены в таблице. Увеличение R₁ по сравнению с данными табл. приведет к дополнительным потерям потока, превосходящим 5% что отрицательно скажется на характеристиках электрической машины. Уменьшение же размера центрального отверстия также нецелесообразно, т. к. вклад в поток дополнительной внутренней части объема магнита составляет менее 5% и ведет к неоправданным затратам дорогостоящего магнитотвердого материала. Таким образом, размеры R₁, приведенные в табл. наиболее приемлемы с точки зрения эффективного использования магнитотвердого материала. Значение радиуса R₁, приведенные в табл. можно аппроксимировать формулой (1). Величины, полученные по аппроксимирующей формуле, также приведены в табл. Как видно из данных таблицы, аппроксимирующая формула позволяет получать значение R₁ с высокой степенью точности.

Таким образом, за счет наличия центрального отверстия определенных размеров предлагаемый многополюсный ротор обладает следующими преимуществами по сравнению с аналогичными устройствами.

Сохраняется величина магнитного потока. Выполнение отверстия с меньшим радиусом R₁ ведет к неоправданным затратам магнитотвердого материала, т.к. элементы объема магнита, находящиеся на расстоянии r≅R₁ от центра ротора, где R₁ определяется соотношением (1), дают вклад в магнитный поток ротора, не превосходящий 5% общего магнитного потока, что не оказывает практически никакого влияния на характеристики электрической машины. Выполнение отверстия с большим радиусом R₁, чем определено формулой (1), ведет к существенным потерям магнитного потока более чем на 5% и с увеличением центрального отверстия эти потери магнитного потока резко увеличиваются, что ведет к ухудшению характеристик электрических машин, например, к уменьшению вращательного момента.

Повышается эффективность использования МТМ в конструкции ротора, т.к. повышается величина магнитного потока, приходящегося на единицу массы МТМ.

Формула изобретения

Многополюсный ротор электрической машины, выполненный в виде монолитного полого цилиндра, намагниченность которого в каждой точке определяется выражением где р число пар полюсов; I модуль вектора намагниченности; орты полярной системы координат;
a, r угловая и радиальная координаты точки ротора,
отличающийся тем, что радиус R₁ центрального отверстия ротора удовлетворяет соотношению

где R₂ внешний радиус ротора;
р ≥ 2 число пар полюсов;
b 0,0055;
с 0,993;
d 3,261.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3