Ротор магнитоэлектрической машины

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(72) Авторы Русан Викентий Иванович Прищепов Михаил Александрович Сычик Василий Андреевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(57) Ротор магнитоэлектрической машины, содержащий вал, магнитную систему, содержащую ферромагнитные полюсные сегменты и призматические тангенциально намагниченные постоянные магниты, две немагнитные торцевые шайбы, отличающийся тем, что магнитная система размещена на немагнитной втулке, размещенной на валу, и охвачена немагнитным цилиндром, выполненным длиной, большей, чем магнитная система, а выступающие за магнитную систему части цилиндра расположены с обеих ее сторон и представляют собой успокоительные обмотки, причем длина выступающей части цилиндра равна 0,1-0,2 длины его активной части, а каждая пара соседних магнитов обращена к находящемуся между ними сегменту одной полярностью. Фиг. 1 Изобретение относится к области электрических машин с постоянными магнитами и может быть использовано в синхронных генераторах и двигателях. 13838 1 2010.12.30 Известен ротор магнитоэлектрической машины, содержащий втулку с установленными на ней постоянными магнитами, ферромагнитные полюсные наконечники, примыкающие к постоянным магнитам, и немагнитные перемычки, соединяющие полюсные наконечники 1. Недостаток этого ротора - отсутствие успокоительной (демпферной) обмотки, что является причиной качаний синхронной машины, сильного размагничивающего действия ударного тока короткого замыкания, больших пульсаций выпрямленного напряжения при работе генератора на выпрямитель, отсутствия пускового момента у синхронного двигателя, склонности к выпадению из синхронизма. Известен также ротор, содержащий опирающиеся на магнитопроводящую втулку бруски постоянных магнитов, охваченные бандажным кольцом из чередующихся полюсных башмаков и немагнитных участков 2. Этот ротор тоже не имеет успокоительной обмотки. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является ротор магнитоэлектрической машины 3, содержащий вал, магнитную систему, состоящую из ферромагнитных полюсных сегментов, между которыми расположены призматические постоянные магниты, намагниченные тангенциально. Основное крепление сегментов и постоянных магнитов осуществляется торцевыми немагнитными шайбами. Недостатком данного технического решения является - сложность устройства успокоительной обмотки,а соответственно и конструкции ротора, что приводит к увеличению стоимости и уменьшению надежности ротора магнитоэлектрической машины. Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в упрощении конструкции ротора магнитоэлектрической машины. Поставленная задача достигается тем, что в роторе магнитоэлектрической машины,содержащем вал, магнитную систему, содержащую ферромагнитные полюсные сегменты и призматические тангенциально намагниченные постоянные магниты, две немагнитные торцевые шайбы магнитная система размещена на немагнитной втулке, размещенной на валу, и охвачена немагнитным цилиндром, выполненным длиной, большей, чем магнитная система, а выступающие за магнитную систему части цилиндра расположены с обеих ее сторон и представляют собой успокоительные обмотки, причем длина выступающей части цилиндра равна 0,1-0,2 длины его активной части, а каждая пара соседних магнитов обращена к находящемуся между ними сегменту одной полярностью. На фиг. 1 показан вид предлагаемого четырехполюсного ротора с торца, на фиг. 2 - его разрез вдоль оси вращения, на фиг. 3 - развертка части цилиндра (для двух полюсных делений/2, где- наружный диаметр ротора,- число пар полюсов) с указанием направления токов в его активной части длиной а и в выступающих частях длиной в. Ротор содержит вал 1 с немагнитной втулкой 2, призматические тангенциально намагниченные постоянные магниты 3, каждый из которых размещен между двумя ферромагнитными сегментами 4. Постоянные магниты 3 и ферромагнитные сегменты 4 опираются на немагнитную втулку 2. Два постоянных магнита 3 обращены к находящемуся между ними сегменту 4 одной полярностью. Ротор скреплен двумя немагнитными торцевыми шайбами 5, а также наружным немагнитным цилиндром 6, выполненным из материала с малым удельным электрическим сопротивлением (медь или алюминий) и имеющим большую длину, чем магнитная система, образованная постоянными магнитами 3 и ферромагнитными сегментами 4. Выступающие обе части 7 цилиндра 6 выполнены одинаковой длины в. Как показали результаты эксперимента, длина выступающей части немагнитного цилиндра в должна равняться 0,1-0,2 его активной части а. Работает ротор следующим образом. Ввиду того что магнитные потоки двух соседних постоянных магнитов 3 направлены встречно друг другу, то они будут замыкаться через находящийся между ними ферромагнитный сегмент 4, воздушный зазор и статор (на 2 13838 1 2010.12.30 фиг. 1 и 2 статор не показан), а также другой сегмент 4 (на фиг. 1 показаны пути замыкания магнитного потока Ф двух соседних постоянных магнитов 3). Таким образом, магнитный поток одного сегмента 4 является магнитным потоком одного полюса и равен сумме магнитных потоков двух соседних постоянных магнитов 3. При работе электрической машины магнитное поле статора в общем случае вращается относительно ротора с некоторой линейной скоростью . Активную часть цилиндра 6 длиной , находящуюся в магнитном поле статора, можно представить состоящей изэлементарных стержней (на фиг. 3 показаны по четыре стержня 8 на полюсном делении ).каждом ом стержне наводится электродвижущая сила (ЭДС),где , индукция в ом стержне. Под одним полюсом эта ЭДС направлена в одну сторону, под другим - в противоположную. Под действием этой ЭДС в стержнях течет ток, поэтому на фиг. 3 направления ЭДС и тока в стержнях одинаковые. Два рядом лежащих стержня длиной , например б-г и г-д (фиг. 3), совместно с участками между ними выступающих частей 7 цилиндра 6 длиной в образуют замкнутые контуры. Для каждого контура можно составить уравнения напряжений согласно второму закону Кирхгофа гдс 2 гдвгд и уравнения токов согласно первому закону Кирхгофа(5)ггдбг ,где ,- действующие значения соответственно тока и ЭДС элементарного стержня с - активное сопротивление элементарного стержня в - активное сопротивление выступающей части 7 цилиндра 6 между двумя соседними элементарными стержнями. Индексы а, б, г и д - относятся к соответствующим элементарным стержням, а индексы аб, бг гд - к участкам выступающей части 7 между соответствующими элементарными стержнями. ЭДС двух соседних элементарных стержней сдвинуты друг относительно друга на угол 2 Совместив вектор ЭДС а стержня а с осью действительных чисел на комплексной плоскости, можем записать где 12,72 - основание натурального логаритма. Так как токи двух соседних стержней сдвинуты друг относительно друга также на угол , согласно выражения (6), то разность токов двух соседних стержней в (1)(3) можно выразить через ток стержняааналогично уравнениям (11)(13). Тогда выражения (1)(3) можно представить в виде(16)21.2 гдвТоки стержней б и г можно представить аналогично (8) и (9). Тогда, сложив (4) и в где- удельное сопротивление материала цилиндра 6 сб - площадь поперечного сечения соответственно го стержня и участка между соседними элементарными стержнями выступающей части 7 цилиндра 6- толщина цилиндра 6 2(22) 2 в Решая (18) относительно тока стержня с учетом (19) и (20), найдем 121 При бесконечно большом числеэлементарных стержней, как видно из (6),0. В 0 этом случае правая часть (23) представляет собой неопределенность типа . Применив 0 дважды правило Лопиталя к (23), найдем 20 су (1)(1)2 вусу 2 ву Из (24) и (22) следует, что при наличии выступающих частей 7 цилиндра 6, когда в 0, сопротивление ву имеет конечное значение. Благодаря этому ток элементарного стержня 0, то есть по активной части длиной а цилиндра 6 протекает ток, имеющий 13838 1 2010.12.30 одно направление под одним полюсом и противоположное под другим полюсом. При синусоидальном магнитом поле с числом полюсов 2, вращающемся относительно ротора,ток в любом элементе активной части цилиндра 6, находящемся на расстоянииот начала координат, можно представить в виде- полюсное деление. 2 Этот ток создает свою магнитодвижущую силу (МДС) которая имеет то же число полюсов 2, что и вращающееся относительно ротора магнитное поле. Следовательно, немагнитный цилиндр 6 с выступающими частями 7 выполняет роль успокоительной обмотки. Таким образом, немагнитный цилиндр с малым удельным электрическим сопротивлением, плотно охватывающий ротор с постоянными магнитами 3 и имеющий выступающую над магнитной системой часть в(0,-0,2)а, выполняет роль не только бандажа, но и успокоительной обмотки. Благодаря этому предельно упрощается конструкция этой обмотки, следовательно, упрощается и конструкция ротора, его стоимость уменьшается, а надежность повышается. Источники информации Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.