Ротор с короткозамкнутой обмоткой
Изобретение относится к электротехнике, а именно к электромашиностроению, и может быть использовано при создании ротора из серийно выпускаемого короткозамкнутого ротора. Технический результат заключается в изготовлении ротора простым способом и низким уровнем затрат. Ротор c короткозамкнутой клеткой и постоянными магнитами имеет пластинчатый сердечник, продолжающийся по всей области ротора и имеющий непрерывные в продольном направлении пазы ротора, в котором короткозамкнутая клетка заполняет пазы ротора по всей длине сердечника, а короткозамыкающие кольца соединяют прутья клетки на обеих торцевых поверхностях пластинчатого сердечника, при этом радиус области ротора уменьшен путем токарной обработки, по меньшей мере, на радиальную толщину постоянных магнитов. Радиус ротора путем токарной обработки уменьшен по всей длине между короткозамыкающими кольцами так, что уменьшена радиальная высота прутьев клетки или соединенных с ними решеток клетки. На роторе установлены постоянные магниты. Кроме того, изобретение относится к электродвигателю с таким ротором и к центробежному насосу с таким электродвигателем. Изобретение относится также к способу изготовления такого ротора и к способу управления электродвигателем с таким ротором. 7 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к ротору с короткозамкнутой обмоткой и с постоянными магнитами, распределенными по внешней окружности, причем ротор имеет пластинчатый сердечник, проходящий по всей области ротора и имеющий непрерывные в продольном направлении пазы ротора, а короткозамкнутая обмотка проходит через пазы ротора по всей длине пластинчатого сердечника, при этом короткозамкнутая обмотка образована прутьями клетки, которые расположены в пазах ротора, предпочтительно будучи заключенными в них, и короткозамыкающими кольцами, которые соединяют прутья клетки на обеих торцевых поверхностях пластинчатого сердечника, а радиус области ротора уменьшен, по меньшей мере, на радиальную толщину постоянных магнитов. Изобретение также относится к электродвигателю, имеющему ротор этого типа, и к центробежному насосу, который оснащен электродвигателем этого типа. Изобретение также относится к способу управления электродвигателем, который оснащен ротором этого типа, и к способу изготовления ротора этого типа и/или электродвигателя этого типа.
В DE 3609750 A1 раскрыта электрическая машина, которая имеет вид комбинированной синхронной/асинхронной машины, имеет статор и имеет ротор, который расположен в статоре с возможностью вращения. Видно, что ротор разделен на три области ротора в осевом направлении, причем, по меньшей мере, одна из упомянутых областей ротора снабжена постоянными магнитами подобно тому, как это сделано в синхронном роторе, и, по меньшей мере, одна из них снабжена короткозамкнутой обмоткой, которая расположена в пазах ротора подобно тому, как это сделано в асинхронном роторе. Ротор имеет пластинчатый сердечник, который проходит по всем трем областям ротора и имеет непрерывные в продольном направлении пазы ротора, а радиус пластинчатого сердечника, имеющего пазы ротора, уменьшен, по меньшей мере, на радиальную толщину сегментов постоянного магнита в области синхронного ротора. Продемонстрированный ротор представляет собой ротор особой конструкции, который является соответственно сложным и дорогостоящим с точки зрения изготовления. Кроме того, в этой конструкции ротора в каждом случае для соответствующего режима работы, то есть для синхронного режима работы или для асинхронного режима работы, используются только лишь надлежащие области ротора. Следовательно, конструкция этого типа не является целесообразной с точки зрения применяемых в настоящее время требований по эффективности использования энергии.
Ротор согласно US 4454438 имеет постоянные магниты, которые расположены по внешней окружности ядра ротора. Либо на пластинчатом сердечнике установлено магнитное кольцо, либо сегменты постоянного магнита расположены в углублениях. Магнитное кольцо является дорогостоящим и сложным в изготовлении, а постоянные магниты, которые подлежат запрессовке в углубления, должны быть точно изготовлены для плотной посадки. Этот ротор также имеет особую конструкцию, которая требует большого количества сложных стадий производственного процесса для ее изготовления.
Задачей настоящего изобретения является создание ротора, который может быть изготовлен с низким уровнем затрат и простым способом и который в то же самое время обеспечивает эффективную работу.
Согласно настоящему изобретению эта задача достигнута за счет того, что радиус ротора по всей длине между короткозамыкающими кольцами уменьшен таким образом, что уменьшена радиальная высота прутьев клетки или решеток клетки, которые соединены с упомянутыми прутьями клетки, и постоянные магниты установлены на роторе. Это изобретение позволяет видоизменять серийно выпускаемый короткозамкнутый ротор путем последующей простой токарной обработки, именуемой в тексте токарной обработкой или обтачиванием, или, в общем смысле, путем механической обработки с удалением материала, в результате чего магниты могут быть затем установлены в зазоре, полученном за счет процедуры уменьшения радиуса. Постоянные магниты установлены на поверхности ротора, которая получена путем уменьшения радиуса по всей длине между короткозамыкающими кольцами. Поскольку короткозамкнутый ротор всегда должен подвергаться токарной обработке после литья под давлением, то, следовательно, отсутствует необходимость в какой-либо дополнительной процедуре обработки; вернее, просто удаляют несколько большее количество материала. Согласно настоящему изобретению было установлено, что подвергнутая токарной обработке пусковая клетка также обеспечивает достаточный эффект. Ротор, который изготовлен путем токарной обработки серийно выпускаемого короткозамкнутого ротора, обеспечивает поддержку обоих режимов: асинхронного пуска и синхронного режима работы, когда он оснащен постоянными магнитами. Следовательно, настоящее изобретение обеспечивает возможность экономичного производства электродвигателей двух различных типов, поскольку во время процесса производства необходимо принимать решение о том, какой электродвигатель следует изготавливать из единственного подвергнутого токарной обработке короткозамкнутого ротора: обычный асинхронный электродвигатель с конструкцией серийно выпускаемого короткозамкнутого ротора или видоизмененного ротора с постоянным магнитом. Следовательно, проектирование конструкции позволяет создать поточную линию для двух вариантов электродвигателей: как для асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, так и для линейки пусковых электродвигателей с постоянным магнитом.
Одно из усовершенствований настоящего изобретения предусматривает закрепление постоянных магнитов путем обвязки или посредством, предпочтительно тонкой, немагнитной втулки. Здесь целесообразно, чтобы короткозамыкающие кольца были частично подвергнуты токарной обработке для формирования опорных поверхностей, например, с обеих сторон пластинчатого сердечника. Опорные поверхности служат для фиксации обвязки или опоры немагнитной втулки ротора. Частично подвергнутые токарной обработке короткозамыкающие кольца служат для фиксации начала и конца обвязки или опоры тонкой немагнитной втулки ротора. Когда используется немагнитная втулка ротора, то, аналогичным образом, была доказана целесообразность токарной обработки короткозамыкающих колец на одной стороне только во внутренней области, обращенной к пластинчатому сердечнику, чтобы был создан выступ, а этот выступ служит в качестве ограничителя для втулки ротора. В случае обвязки ротора возможна токарная обработка, которая производится с обеих сторон только во внутренних подобластях короткозамыкающих колец. В результате, короткозамыкающие кольца включены в состав конструкции ротора. Дополнительные средства фиксации, например, торцевые пластины, не требуются.
Поверхности магнитов, которые образуют полюса, предпочтительно сформированы из отдельных магнитов, предпочтительно из редкоземельных отдельных магнитов, в частности из магнитов из сплава NdFeB. Использование редкоземельных магнитов обеспечивает сравнительно низкую высоту магнитов, что является целесообразным для эффекта пусковой клетки, подвергнутой токарной обработке. Была доказана целесообразность того, чтобы высота магнита составляла от 5% до 20%, предпочтительно приблизительно 10%, от высоты прута клетки. В исследованном диапазоне мощностей была доказана целесообразность того, чтобы высота магнита составляла, приблизительно, 2 мм. Редкоземельные магниты также имеют высокую стойкость к встречным полям, а это приводит к тому, что упомянутые редкоземельные магниты не размагничиваются из-за сильных магнитных полей, создаваемых пусковыми токами. Отдельные магниты могут быть расположены со смещением или в шахматном порядке друг относительно друга в осевом направлении. Такое расположение соседних отдельных магнитов в шахматном порядке приводит к уменьшению пульсаций крутящего момента во время работы ротора из-за создаваемого смещения контактной канавки.
Согласно дополнительному усовершенствованию охват ротора постоянными магнитами, то есть охват полюсами, составляет от 65% до 90%, предпочтительно от 70% до 80%. Была доказана целесообразность неполного охвата ротора магнитами в направлении вдоль окружности, а, наоборот, выбор охвата полюсами от 65% до 90%, предпочтительно от 70% до 80%.
Дополнительные усовершенствования настоящего изобретения относятся к оптимизированной форме паза ротора. Здесь была доказана целесообразность проектирования формы паза ротора таким способом, чтобы форма паза ротора приводила к хорошим рабочим характеристикам электродвигателя как в состоянии короткозамкнутого ротора, подвергнутого токарной обработке, так и в том состоянии, когда он не подвергался токарной обработке. Была доказана целесообразность того, когда прутья клетки ротора, подвергнутого токарной обработке, сохраняют свою исходную форму. В частности, прутья клетки ротора, подвергнутого токарной обработке, сформированы в форме капли.
Исходя из обычного ротора с короткозамкнутой обмоткой, где этот ротор имеет пластинчатый сердечник, который продолжается по всей области ротора и имеет непрерывные в продольном направлении пазы ротора, причем короткозамкнутая обмотка проходит через пазы ротора по всей длине пластинчатого сердечника, и эта короткозамкнутая обмотка образована прутьями клетки, которые расположены, предпочтительно будучи заключенными в пазах ротора, и короткозамыкающими кольцами, которые соединяют прутья клетки на обеих торцевых поверхностях пластинчатого сердечника, согласно настоящему изобретению полагают, что ротор имеет, в частности, щелевидные решетки клетки во внешней в радиальном направлении области, предпочтительно в соответствии, по меньшей мере, с радиальной толщиной постоянных магнитов, которые подлежат установке в случае синхронного ротора, причем упомянутые решетки клетки соединены с прутьями клетки, имеющими, в частности, каплеобразную форму, которые расположены во внутренней в радиальном направлении области ротора. В результате, радиус ротора, работающего в асинхронном режиме, может быть уменьшен по всей длине между короткозамыкающими кольцами, по меньшей мере, на радиальную толщину постоянных магнитов, которые подлежат установке в случае изготавливаемого синхронного ротора так, чтобы была уменьшена радиальная высота решеток клетки, которые соединены с прутьями клетки, и чтобы прутья клетки сохраняли свою форму. Для этого ротор, не подвергнутый токарной обработке, имеет пазы ротора, причем упомянутые пазы ротора образуют, в частности, щелевидные решетки клетки во внешней в радиальном направлении области, предпочтительно в соответствии, по меньшей мере, с радиальной толщиной постоянных магнитов и, в частности, каплеобразные прутья клетки во внутренней в радиальном направлении области. В этом случае нижняя, в частности, каплеобразная конструкция прута клетки спроектирована так, что соответствует контуру решетки, в частности щели. Эксперименты показали целесообразность проектирования, в частности, каплеобразного контура прута в верхней области несколько более широким и для этого в целом более коротким, чем обычно.
Настоящее изобретение включает в себя не только ротор, но также включает в себя и электродвигатель, который оснащен ротором согласно настоящему изобретению.
Аналогичным образом, под объем настоящего изобретения подпадает центробежный насос, имеющий электродвигатель, а также центробежная насосная установка, содержащая, по меньшей мере, один центробежный насос и, по меньшей мере, один электродвигатель, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один электродвигатель и/или ротор выполнен согласно настоящему изобретению. В качестве примера, герметизированные насосы с электродвигателем и подводные насосы с электродвигателем, которые оснащены электродвигателем согласно настоящему изобретению, могут работать с экономией энергии в соответствии с настоящим изобретением.
Вследствие свойств самозапуска ротора согласно настоящему изобретению питание электродвигателя, который оснащен упомянутым ротором, и/или центробежного насоса с электродвигателем этого типа может осуществляться однофазной или многофазной системой с источником постоянного напряжения, то есть они могут работать непосредственно от системы источника напряжения с постоянной частотой.
В еще одном способе предложен электродвигатель, питание на который подают с преобразователя частоты, предпочтительно без регистрации положения ротора. Переменную скорость вращения электродвигателя может регулировать преобразователь частоты. В этом случае настоящее изобретение позволяет подавать питание на электродвигатель с преобразователя частоты обычной, то есть не специализированной, конструкции. Для приведения в действие можно обойтись без регистрации положения ротора, что значительно упрощает конструкцию преобразователя частоты. Могут использоваться обычные преобразователи с управлением за характеристической кривой "напряжение-частота" (U/f). В случае работы в асинхронном режиме, что имеет место в случае трещины в роторе с постоянным магнитом, в клетке ротора наводятся напряжения, которые приводят к электрическому току. На ротор действует сила вместе с линиями магнитной индукции статора, и, следовательно, предполагают, что ротор снова имеет скорость синхронного вращения, которая может быть изменена преобразователем U/f.
Согласно настоящему изобретению в способе изготовления ротора или электродвигателя согласно настоящему изобретению предусмотрено, что в случае короткозамкнутого ротора, который изготовлен обычным способом, диаметр в радиальном направлении или радиус будет дополнительное уменьшен по всей длине пластинчатого сердечника помимо обычного воздушного зазора способом удаления материала, в частности способом обтачивания, причем во время выполнения этого способа радиус упомянутого короткозамкнутого ротора уменьшают по всей длине между короткозамыкающими кольцами, уменьшая радиальную высоту прутьев клетки упомянутого короткозамкнутого ротора или решеток клетки, которые соединены с упомянутыми прутьями клетки, а затем на поверхности ротора устанавливают постоянные магниты. Серийно выпускаемый короткозамкнутый ротор изменяют путем простой механической токарной обработки так, чтобы затем могли быть установлены магниты. Изготовленный традиционным способом короткозамкнутый ротор не обязательно следует подвергать чрезмерной токарной обработке после литья под давлением для получения воздушного зазора в состоянии, в котором он присоединен к статору. Следовательно, в настоящем изобретении не требуется какой-либо дополнительный рабочий процесс; а просто удаляют несколько большее количество материала.
Была доказана целесообразность приклеивания постоянных магнитов в зазоре, в частности в проточке, которая создана путем уменьшения радиуса. В дополнение к прикреплению магнитов к ротору приклеивание магнитов служит для электрической изоляции магнитов и многослойного сердечника ротора с прутьями клетки вследствие созданной клеевой пленки. В случае небольших количеств магнитные пластинки, которые уже были намагничены, могут быть прикреплены вручную.
Для более значительных количеств пригоден способ, согласно которому постоянные магниты, которые предпочтительно автоматически устанавливают на короткозамкнутом роторе, намагничивают посредством намагничивающего ярма.
На постоянных магнитах может быть установлена обвязка или предпочтительно тонкая немагнитная втулка для прикрепления постоянных магнитов. В этом случае целесообразно, чтобы короткозамыкающие кольца аналогичным образом были подвергнуты токарной обработке и чтобы обвязка или немагнитная втулка была прикреплена к короткозамыкающим кольцам или чтобы они служили опорой для нее. Следовательно, короткозамыкающие кольца, подвергнутые токарной обработке, образуют опорную поверхность или поверхность выступа для фиксации начала и/или конца обвязки или втулки.
Варианты осуществления настоящего изобретения, которые приведены в качестве примеров, проиллюстрированы на чертежах, а их более подробное описание приведено ниже. На чертежах изображено следующее:
на Фиг. 1 приведена схематичная иллюстрация активной части короткозамкнутого ротора в разрезе согласно предшествующему уровню техники,
на Фиг. 2 приведена схематичная иллюстрация ротора в разрезе согласно настоящему изобретению, содержащего установленные дополнительные магниты,
на Фиг. 3 приведена схематичная иллюстрация другого ротора в разрезе согласно настоящему изобретению, содержащего короткозамыкающие кольца, который образуют опорные поверхности,
на Фиг. 4 приведена другая иллюстрация ротора в разрезе, имеющего прутья клетки, подвергнутые токарной обработке,
на Фиг. 5a, Фиг. 5b приведены иллюстрации ротора в разрезе, который не подвергнут токарной обработке и имеет оптимизированную форму паза ротора, и ротора, подвергнутого токарной обработке, который изготовлен из упомянутого ротора,
на Фиг. 6 на виде сверху показан ротор с магнитами, расположенными со смещением в осевом направлении, и
на Фиг. 7 приведена базовая иллюстрация концепции привода центробежной насосной установки, имеющей электродвигатель, который оснащен ротором согласно настоящему изобретению.
На Фиг. 1 приведена схематичная иллюстрация активной части 1 короткозамкнутого ротора в разрезе в короткозамкнутом роторе согласно предшествующему уровню техники. Для доходчивости вал ротора не проиллюстрирован. Прутья 5 клетки, которые соединены на обоих концах активной части 1 ротора короткозамыкающими кольцами 7, расположены внутри пластинчатого сердечника 3 ротора. В этом случае прутья 5 клетки проходят через пазы ротора по всей длине пластинчатого сердечника 3. В этом случае прутья 5 клетки, которые заключены в пазах ротора, и короткозамыкающие кольца 7, которые соединяют прутья 5 клетки на обеих торцевых поверхностях пластинчатого сердечника 3, образуют короткозамкнутую обмотку. Короткозамкнутый ротор этого типа обычно изготавливают способом литья алюминия или меди под давлением. Требуемый геометрический воздушный зазор между статором электродвигателя и ротором 1 обычно получают путем токарной обработки ротора.
На Фиг. 2 снова на схематичной иллюстрации в разрезе, показан ротор 11 согласно настоящему изобретению, который изготовлен из активной части короткозамкнутого ротора 1 согласно предшествующему уровню техники. Ротор 11 имеет пластинчатый сердечник 13 ротора, прутья 15 клетки и короткозамыкающие кольца 17. Радиус пластинчатого сердечника 13 ротора 11 согласно настоящему изобретению уменьшен по всей длине между короткозамыкающими кольцами 17 путем удаления материала способом механической обработки так, что уменьшена радиальная высота прутьев 15 клетки. В пластинчатом сердечнике 13 ротора установлены пластинки 19 из постоянных магнитов, причем в этом варианте осуществления изобретения, который приведен в качестве примера, упомянутые постоянные магниты скреплены обвязкой 21 ротора. Ротор 11 изготовлен путем дополнительной обработки короткозамкнутого ротора 1 согласно предшествующему уровню техники в дополнение к механической обработке с удалением материала, в частности путем токарной обработки или обтачивания, причем дополнительную механическую обработку с удалением материала, в частности токарную обработку или обтачивание, выполняют для того, чтобы получить требуемый геометрический воздушный зазор между статором электродвигателя и ротором на сердечнике ротора. Магнитные пластинки 19 затем приклеивают в зазоре, в частности в проточке, которая создана путем механической обработки с удалением материала. Магнитные пластинки 19 могут быть уже намагниченными, но также предусмотрена возможность последующего намагничивания магнитных пластинок посредством намагничивающего ярма. После того как магнитные пластинки 19 установлены, ротор получает обвязку 21 для закрепления магнитов 19. В альтернативном варианте магниты могут быть закреплены предпочтительно тонкой немагнитной втулкой. Эта втулка может быть надвинута, например, поверх магнитных пластинок.
На Фиг. 3 показан альтернативный усовершенствованный вариант короткозамкнутого ротора 11. На этом чертеже короткозамыкающие кольца 17 частично подвергнуты токарной обработке, в результате чего с обеих сторон пластинчатого сердечника 13 сформированы опорные поверхности 23. Опорные поверхности 23 служат для фиксации обвязки 21 или для опоры немагнитной втулки ротора. Когда используется немагнитная втулка ротора, то, аналогичным образом, была доказана целесообразность токарной обработки короткозамыкающих колец на одной стороне только во внутренней области, обращенной к пластинчатому сердечнику, чтобы был создан выступ, а этот выступ служит в качестве ограничителя для втулки ротора. В случае обвязки ротора возможна токарная обработка, которая производится с обеих сторон только во внутренних подобластях короткозамыкающих колец. В результате, короткозамыкающие кольца 17 включены в состав конструкции ротора, и дополнительные средства фиксации, например торцевые пластины, не требуются.
На Фиг. 4 приведена другая иллюстрация ротора 11 в разрезе с прутьями 15 клетки, подвергнутыми токарной обработке. На этой иллюстрации ясно видны подвергнутые токарной обработке или обточенные прутья 15 клетки в пластинчатом сердечнике 13 ротора. Магнитные пластинки 19 приклеены к поверхности ротора 16 средством приклеивания, служащим в качестве средства изоляции. В этом случае клеевая пленка отделяет магнитные пластинки 19 от поверхности 16 ротора 11, подвергнутого токарной обработке, обеспечивая электрическую изоляцию. Для фиксации магнитных пластинок 19 предусмотрена обвязка или немагнитная втулка 21 из нержавеющей стали. Согласно настоящему изобретению радиус ротора 11 уменьшен по всей длине между короткозамыкающими кольцами 17 упомянутого ротора, вследствие чего радиальная высота прутьев 15 клетки аналогичным образом уменьшена по всей длине между короткозамыкающими кольцами 17, чтобы постоянные магниты 19 могли быть установлены на пластинчатом сердечнике 13. Согласно настоящему изобретению было установлено, что подвергнутая токарной обработке пусковая клетка также обеспечивает достаточный эффект. Ротор, который изготовлен путем токарной обработки серийно выпускаемого короткозамкнутого ротора, обеспечивает поддержку обоих режимов: асинхронного пуска и синхронного режима работы, когда он оснащен постоянными магнитами. Следовательно, настоящее изобретение обеспечивает возможность экономичного производства электродвигателей двух различных типов, поскольку во время процесса производства необходимо принимать решение о том, какой электродвигатель следует изготавливать из единственного подвергнутого токарной обработке короткозамкнутого ротора: обычный асинхронный электродвигатель с конструкцией серийно выпускаемого короткозамкнутого ротора или с видоизмененным ротором с постоянным магнитом, имеющий конструкцию, предназначенную для работы в синхронном режиме.
Ротор 11 не полностью снабжен магнитами 19 в направлении вдоль окружности, а, вернее, имеет охват полюсами от 70% до 80%. В этом случае полюс магнита образован множеством магнитных пластинок 19. Поверхности магнитов, которые образуют полюса, предпочтительно образованы отдельными магнитами, которые состоят из редкоземельного материала, в частности магнитами на основе сплава NdFeB. Когда используются редкоземельные магниты, то для достижения достаточного эффекта необходима сравнительно низкая высота магнита. Кроме того, магниты этого типа имеют высокую стойкость к встречным полям, а это приводит к тому, что упомянутые редкоземельные магниты также не размагничиваются из-за сильных магнитных полей, создаваемых пусковыми токами.
На Фиг. 5a приведена схематичная иллюстрация ротора 10, не подвергнутого токарной обработке, который имеет оптимизированную форму паза ротора. Форму паза ротора, используемую в этом варианте осуществления изобретения, который приведен в качестве примера, отличает увеличенная область 27 сетки и глубокие прутья 29 клетки. Следовательно, ротор 10 имеет явно выраженные или увеличенные решетки 27 клетки. Форма паза ротора этого типа обеспечивает хорошие рабочие характеристики электродвигателя как в состоянии ротора 11, не подвергнутом токарной обработке, так и в состоянии, подвергнутом токарной обработке. В частности, ротор 10, не подвергнутый токарной обработке, имеет пазы ротора, которые имеют форму щелевидных решеток во внешней в радиальном направлении области 28, предпочтительно в соответствии, по меньшей мере, с радиальной толщиной постоянных магнитов, и имеют форму каплеобразных прутьев во внутренней в радиальном направлении области 30. В этом виде ротор 10 пригоден в качестве ротора для короткозамкнутого ротора асинхронной машины.
На Фиг. 5b показан ротор 11 синхронной конструкции, который создан из ротора 10 согласно Фиг. 5a. Каплеобразные прутья 29, которые расположены относительно глубоко в пластинчатом сердечнике 13 ротора, полностью сохраняют свою форму даже после токарной обработки. Это приводит к хорошим рабочим характеристикам электродвигателя. Глубина токарной обработки между радиусом асинхронного ротора 10 и радиусом синхронного ротора 11 отличается только лишь высотой магнитов 19, толщиной обвязки 21, наличие которой обычно предусмотрено, и разностью в значениях ширины воздушного зазора между этими двумя электродвигателями. Можно заметить, что при оптимизированной форме паза ротора, показанной на Фиг. 5a, прутья клетки сохраняют каплеобразную форму в роторе из Фиг. 5b, подвергнутом токарной обработке, что создает хорошие рабочие характеристики электродвигателя. В изобретении предложена концепция конструктивных блоков, посредством которой решение о том, какой именно электродвигатель намереваются изготавливать: обычный электродвигатель с асинхронной технологией или электродвигатель с синхронной технологией, необходимо принимать только тогда, когда изготавливают ротор.
На Фиг. 6 на виде сверху показан ротор 11, расположенный на валу 25. На упомянутом чертеже показаны короткозамыкающие кольца 17 на обеих торцевых поверхностях пластинчатого сердечника и магниты 19, установленные на роторе 11, подвергнутом токарной обработке, и поверхность 16 упомянутого ротора. Магниты 19 распределены равномерно или симметрично на поверхности ротора 16 в направлении вдоль окружности. Полюс магнита образован из множества отдельных магнитов. Отдельные магниты расположены со смещением или в шахматном порядке друг относительно друга в осевом направлении. Это расположение соседних отдельных магнитов в шахматном порядке приводит к уменьшению пульсаций крутящего момента во время работы ротора 11 из-за создаваемого смещения контактной канавки.
На Фиг. 7 показана центробежная насосная установка 2, имеющая электродвигатель 33, который оснащен ротором 11 согласно настоящему изобретению, и базовая иллюстрация концепции привода центробежной насосной установки 2. Центробежный насос 31 приводится в действие электродвигателем 33, оснащенным ротором согласно настоящему изобретению, через вал 25. Вследствие свойств самозапуска ротора согласно настоящему изобретению питание электродвигателя 33, который оснащен упомянутым ротором, и/или центробежного насоса 31 может осуществляться однофазной или многофазной системой с источником 35 постоянного напряжения, то есть они могут работать непосредственно от системы 35 источника напряжения с постоянной частотой. В этом варианте осуществления изобретения, который приведен в качестве примера, переменную скорость n вращения электродвигателя 33 регулирует преобразователь 37 частоты. В этом случае питание на электродвигатель 33 подают с преобразователя 37 частоты обычной, то есть не специализированной конструкции. Для приведения в действие электродвигателя, который оснащен ротором согласно настоящему изобретению, можно, в частности, обойтись без регистрации положения ротора, в результате чего может использоваться обычный преобразователь 37 с регулировкой характеристической кривой U/f. Эта концепция привода является пригодной для центробежных насосов с переменной скоростью вращения и обеспечивает возможность работы преобразователя без регистрации положения ротора. Также возможна работа в аварийном режиме в системе трехфазного электропитания постоянным напряжением. Следовательно, могут использоваться простые преобразователи U/f, которые обычно используются в приводах насоса с асинхронной технологией. Отсутствует необходимость в наличии системы передатчика для регистрации положения ротора, и, следовательно, также обходятся без линии передачи сигналов между электродвигателем, преобразователем и электроникой определения положения в преобразователе, которая дополнительно требуется в противном случае. В случае работы в стационарном синхронном режиме достигнут высокий уровень эффективности использования энергии вследствие возбуждения постоянным магнитом.
1. Ротор с короткозамкнутой обмоткой и постоянными магнитами, распределенными по окружности, причем этот ротор имеет пластинчатый сердечник, который проходит по всей области ротора и имеет непрерывные в продольном направлении пазы ротора, причем короткозамкнутая обмотка проходит через пазы ротора по всей длине пластинчатого сердечника, и эта короткозамкнутая обмотка образована прутьями клетки, заключенными в пазах ротора, и короткозамыкающими кольцами, которые соединяют прутья клетки на обеих торцевых поверхностях пластинчатого сердечника, при этом радиус области ротора уменьшен, по меньшей мере, на радиальную толщину постоянных магнитов,
отличающийся тем, что
радиус ротора (11) по всей длине между короткозамыкающими кольцами (17) путем токарной обработки уменьшен за счет уменьшения радиальной высоты прутьев клетки (15, 29) или решеток клетки (27), которые соединены с упомянутыми прутьями клетки, и на роторе (11) установлены отдельные постоянные магниты (19).
2. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что постоянные магниты (19) закреплены обвязкой (21) или немагнитной втулкой.
3. Ротор по п. 2, отличающийся тем, что короткозамыкающие кольца (17) частично подвергнуты токарной обработке, предпочтительно с внутренней стороны, обращенной к пластинчатому сердечнику, с образованием ограничительного выступа для немагнитной втулки ротора.
4. Ротор по пп. 1, 2 или 3, отличающийся тем, что поверхности магнитов, которые образуют полюса, сформированы из отдельных магнитов, предпочтительно из редкоземельных магнитных материалов.
5. Ротор по п. 4, отличающийся тем, что отдельные магниты расположены со смещением или в шахматном порядке друг относительно друга в осевом направлении.
6. Ротор по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что охват полюсами постоянных магнитов (19) составляет от 70% до 80%.
7. Ротор по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что прутья клетки (29) ротора (11), подвергнутого токарной обработке, сформированы в соответствии с их исходной формой, предпочтительно имеют каплеобразную форму.
8. Ротор с короткозамкнутой обмоткой, причем этот ротор имеет пластинчатый сердечник, который проходит по всей области ротора и имеет непрерывные в продольном направлении пазы ротора, причем короткозамкнутая обмотка проходит через пазы ротора по всей длине пластинчатого сердечника, и эта короткозамкнутая обмотка образована прутьями клетки, которые заключены в пазах ротора, и короткозамыкающими кольцами, которые соединяют прутья клетки на обеих торцевых поверхностях пластинчатого сердечника, отличающийся тем, что ротор имеет, в частности, щелевидные решетки (27) клетки во внешней в радиальном направлении области, причем упомянутые решетки клетки соединены, в частности, с каплеобразными прутьями (29) клетки, которые расположены во внутренней в радиальном направлении области ротора (10) с возможностью уменьшения радиуса ротора (10) по всей длине между короткозамыкающими кольцами (17) путем токарной обработки, по меньшей мере, на радиальную толщину устанавливаемых при необходимости постоянных магнитов, которые установлены таким образом, что радиальная высота решеток (27) клетки, соединенных с прутьями (29) клетки, уменьшена, и прутья (29) клетки при этом сохраняют свою форму.
9. Электродвигатель, отличающийся тем, что содержит ротор (10, 11), выполненный по одному из пп. 1-3.
10. Центробежная насосная установка, отличающаяся тем, что она содержит электродвигатель (33) по п. 9.
11. Способ управления электродвигателем по п. 9, отличающийся тем, что питание на электродвигатель (33) подают из системы (35) источника напряжения с постоянной частотой.
12. Способ управления электродвигателем по п. 9, отличающийся тем, что питание на электродвигатель (33) подают с преобразователя (37) частоты без регистрации положения ротора.
13. Способ управления центробежной насосной установкой по п. 10, отличающийся тем, что питание на электродвигатель (33) подают из системы (35) источника напряжения с постоянной частотой.
14. Способ управления центробежной насосной установкой по п. 10, отличающийся тем, что питание на электродвигатель (33) подают с преобразователя (37) частоты без регистрации положения ротора.
15. Способ изготовления ротора по одному из пп. 1-3 для электродвигателя по п. 9, отличающийся тем, что в случае короткозамкнутого ротора (1, 10), который изготовлен обычным образом, радиус уменьшают по всей длине пластинчатого сердечника способом удаления материала, в частности способом обтачивания, причем при этом способе радиус упомянутого короткозамкнутого ротора уменьшают по всей длине между короткозамыкающими кольцами (1, 7, 17), уменьшая радиальную высоту прутьев (15, 29) клетки упомянутого короткозамкнутого ротора или решеток (27) клетки, соединенных с упомянутыми прутьями клетки, а затем на поверхность (16) ротора устанавливают постоянные магниты (19).
16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что постоянные магниты (19) приклеивают в зазоре, в частности в проточке, которая создана путем уменьшения радиуса.
17. Способ по п. 15 или 16, отличающийся тем, что постоянные магниты (19) намагничивают до их установки или намагничивают после их установки посредством намагничивающего ярма.
18. Способ по п. 15 или 16, отличающийся тем, что на постоянные магниты (19) устанавливают обвязку (21) или немагнитную втулку для прикрепления постоянных магнитов (19).
19. Способ по п. 18, отличающийся тем, что короткозамыкающие кольца (17) аналогичным образом подвергают токарной обработке, и эти короткозамыкающие кольца (17) фиксируют обвязку (21) или немагнитную втулку.
