Синхронная электрическая машина с постоянными магнитами

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СИНХРОННАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ(71) Заявитель Олешкевич Вячеслав Маркович(72) Авторы Олешкевич Вячеслав Маркович Олешкевич Марк Михайлович(73) Патентообладатель Олешкевич Вячеслав Маркович(57) Синхронная электрическая машина с постоянными магнитами, содержащая ротор с полюсами, включающий пары одинаковых аксиальных пакетов с полюсами пары пакетов,сдвинутыми друг относительно друга на 1/5 или на 1/7 часть полюсного деления, и статор с пазами, с обмоткой в пазах, отличающаяся тем, что пазы статора выполнены скошенными на 2/7 части полюсного деления при сдвиге полюсов пары пакетов ротора друг относительно друга на 1/5 часть полюсного деления или выполнены скошенными на 2/5 части полюсного деления при сдвиге полюсов пары пакетов ротора друг относительно друга на 1/7 часть полюсного деления. Фиг. 1 Изобретение относится к области электротехники, а именно к разделу синхронных машин с постоянными магнитами, и может быть использовано в качестве ветро- и гидрогенераторов. 14108 1 2011.02.28 Известен ротор электрической машины с постоянными магнитами 1. Ротор содержит чередующиеся по окружности полюса и постоянные магниты. Он выполнен из двух одинаковых аксиальных пакетов, сдвинутых относительно друг друга на 180 градусов, разделенных немагнитной прокладкой. Магниты намагничены радиально в противоположном направлении. Недостаток этой конструкции связан с низкой эффективностью использования постоянных магнитов. Немагнитная вставка ротора создает значительное сопротивление прохождению магнитного потока постоянных магнитов, поэтому возможности постоянных магнитов используются плохо. Это ограничивает применение ротора электрическими машинами малой мощности. Известна синхронная электрическая машина с возбуждением постоянными магнитами 2 - прототип, содержащая статор с обмоткой и ротор с полюсами, включающий пары одинаковых аксиальных пакетов. Полюса пары пакетов ротора сдвинуты относительно друг друга на 1/5 или 1/7 часть полюсного деления, а пары пакетов сдвинуты относительно друг друга на 1/7 часть полюсного деления при сдвиге полюсов пакетов пары на 1/5 часть полюсного деления и на 1/5 часть полюсного деления при сдвиге полюсов пакетов пары на 1/7 часть полюсного деления. Недостаток этой синхронной электрической машины с возбуждением постоянными магнитами связан со сложностью конструкции из-за большого количества аксиальных пакетов ротора. Задачей, решаемой изобретением, является упрощение конструкции синхронной машины с постоянными магнитами. Поставленная задача решается тем, что в синхронной электрической машине с возбуждением постоянными магнитами, содержащей ротор с полюсами, включающий пары одинаковых аксиальных пакетов с полюсами пары пакетов, сдвинутыми относительно друг друга на 1/5 или на 1/7 часть полюсного деления, и статор с пазами, с обмоткой в пазах, пазы статора выполнены скошенными на 2/7 части полюсного деления при сдвиге полюсов пары пакетов ротора относительно друг друга на 1/5 часть полюсного деления или выполнены скошенными на 2/5 части полюсного деления при сдвиге полюсов пары пакетов ротора относительно друг друга на 1/7 часть полюсного деления. При вращении ротора магнитные потоки полюсов пакетов, сдвинутых в пространстве машины на 1/5 или 1/7 часть полюсного деления наводят в каждом проводнике обмотки/ статора ЭДС основной и высших, пятой, седьмой и других нечетных гармоник, 1 ,5 ,7// и ЭДС, 1 ,5 ,// , которые попарно сдвинуты относительно друг друга на угол 1 вслед 7 ствие сдвига пары пакетов ротора на угол 1 электрических градусов, и сдвинуты на угол 2 в пределах одного аксиального пакета ротора вследствие скоса пазов статора на угол 2 2 электрических градусов. При сдвиге полюсов пары пакетов ротора относительно друг друга на угол 1 и скосе пазов статора на угол 2 электрических градусов ЭДС основной и высших, 1-й, 5-й, 7-й, -й,гармоник от потоков полюсов пары пакетов составят 122- коэффициент сдвига для -й гармоники, 22- коэффициент скоса для -й гармоники, 4- обмоточный коэффициент для -й гармоники.24 При сдвиге полюсов пары пакетов ротора друг относительно друга на 1/5 часть полюсного деления и скосе пазов статора на 2/7 части полюсного деления (на 1/7 часть полюсного деления на один пакет ротора) ЭДС основной и высших, 5-й, 7-й, -й, гармоник от потоков полюсов пары пакетов составят 1 1802 180210,9510,9750,927 1 , Ф 12 Ф 1 7 45 2 где 1, Е 5, Е 7 - основная, 5-я и 7-я гармоники ЭДС проводника обмотки, наводимые потоками полюсов обоих пакетов, каждая из которых равна сумме ее составляющих ЭДС, со/// ответственно 1 и 1 , 5 и 5 ,7 , и 7 при отсутствии сдвига полюсов пакетов эта сумма является арифметической, при сдвиге полюсов пакетов сумма является геометрической суммой, на что указывает множитель (1 ), который является коэффициентом сдвига для данной обмотки// 1 и 1 , 5 и 5 и 7 и 7 - ЭДС основной, 5-й и 7-й гармоник, наводимые в частях проводника обмотки статора, расположенных соответственно под полюсами первого// и второго пакетов ротора каждая из них равна сумме элементарных ЭДС 1 и 1 ,///5 и 5 ,7 и 7 , наводимых в элементарных проводниках, составляющих проводники обмотки статора, расположенные соответственно под полюсами первого и второ/// го пакетов ротора при отсутствии скоса пазов статора эти ЭДС 1 и 1 ,5 и 5 ,///7 и 7 складываются арифметически, при скошенных пазах статора они складываются геометрически, на что указывает множитель (1 ), который является коэффициентом скоса для такой обмотки ЕФ 1, ЕФ 5, ЕФ 7 - результирующие фазные ЭДС основной и высших гармоник, получаемые в результате геометрического сложения составляющих ЭДС вследствие выполненного сдвига полюсов ротора и скоса пазов статора Ф - число витков фазы обмотки. При сдвиге полюсов пакетов пары ротора относительно друг друга на 1/7 часть полюсного деления и скосе пазов статора на 2/5 часть полюсного деления (на 1/5 часть полюсного деления на один пакет ротора), ЭДС основной и высших, 5-й и 7-й, гармоник от потоков полюсов пары пакетов составят 1 1802 180210,9510,9750,927, Ф 12 Ф 1 14108 1 2011.02.28 Так можно уничтожить 5-ю и 7-ю гармоники ЭДС. 3-я и 9-я гармоники ЭДС в трехфазной системе отсутствуют, а гармоники высших порядков 11-я, 13-я и т.д. весьма малы. Выполнение синхронной электрической машины с постоянными магнитами, содержащей статор с обмоткой и ротор с полюсами, состоящий из пары одинаковых аксиальных пакетов, с полюсами пары пакетов, сдвинутыми друг относительно друга на 1/5 или 1/7 часть полюсного деления, а также с пазами статора, скошенными на 2/7 части полюсного деления при сдвиге полюсов пакетов пары на 1/5 часть полюсного деления и скошенными на 2/5 части полюсного деления при сдвиге полюсов пакетов пары на 1/7 часть полюсного деления обеспечивает полное подавление 5-й и 7-й гармоник ЭДС, ослабление других ближайших высших гармоник (11-й и 13-й) и приводит к уменьшению количества составляющих ротор пакетов и упрощению конструкции ротора и всей машины в целом. 3-я и 9-я гармоники ЭДС в трехфазной системе отсутствуют, а гармоники высших порядков 11-я, 13-я и т.д. весьма малы. Синхронная электрическая машина с постоянными магнитами может найти применение в качестве низкоскоростных многополюсных синхронных генераторов гидро- и ветроэнергетических установок, поскольку обеспечивает синусоидальную форму кривых ЭДС при простой конструкции ротора и обмотки статора. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана синхронная электрическая машина с постоянными магнитами, содержащая ротор, состоящий из пары аксиальных пакетов, сдвинутых относительно друг друга на 1/5 или 1/7 часть полюсного деления, и статор с пазами, скошенными на 2/7 или 2/5 части полюсного деления - поперечный разрез (развертка) на фиг. 2 - синхронная электрическая машина с постоянными магнитами, содержащая ротор, состоящий из пары аксиальных пакетов, сдвинутых относительно друг друга на 1/5 или 1/7 часть полюсного деления, и статор с пазами, скошенными на 2/7 или 2/5 части полюсного деления - продольный разрез (развертка) на фиг. 3 показана векторная диаграмма для основной гармоники ЭДС синхронной электрической машины с постоянными магнитами, поясняющая принцип действия синхронной электрической машины с постоянными магнитами, содержащей ротор, состоящий из пары аксиальных пакетов, сдвинутых относительно друг друга на 1/5 или 1/7 части полюсного деления, и статор с пазами, скошенными на 2/7 или 2/5 части полюсного деления на фиг. 4, 5 показаны векторные диаграммы для 5 и 7 гармоник ЭДС синхронной электрической машины с постоянными магнитами, содержащей ротор, состоящий из пары аксиальных пакетов, сдвинутых относительно друг друга на 1/5 часть полюсного деления,и статор с пазами, скошенными на 2/7 части полюсного деления суммарная ЭДС 5-й гармоники равна 0 вследствие сдвига аксиальных пакетов ротора на 1/5 часть полюсного деления, суммарная ЭДС 7-й гармоники равна 0 вследствие скоса пазов статора на 2/7 части полюсного деления на фиг. 6, 7 показаны векторные диаграммы для 5 и 7 гармоник ЭДС синхронной электрической машины с постоянными магнитами, содержащей ротор, состоящий из пары аксиальных пакетов, сдвинутых друг относительно друга на 1/7 часть полюсного деления,и статор с пазами, скошенными на 2/5 части полюсного деления суммарная ЭДС 7-й гармоники равна 0 вследствие сдвига аксиальных пакетов ротора на 1/7 часть полюсного деления, суммарная ЭДС 5-й гармоники равна 0 вследствие скоса пазов статора на 2/5 части полюсного деления. Синхронная электрическая машина с постоянными магнитами состоит из пары одинаковых аксиальных пакетов ротора 1 и 2 с полюсами 3 и 4, сдвинутыми относительно друг друга на 1/5 или на 1/7 часть полюсного деления, и статора 5 с обмоткой 7 в пазах 6, скошенных на 2/7 части полюсного деления при сдвиге полюсов пары пакетов ротора относительно друг друга на 2/5 части полюсного деления, и скошенными на 1/5 часть 14108 1 2011.02.28 полюсного деления при сдвиге полюсов пары пакетов ротора относительно друг друга на 1/7 часть полюсного деления. Полюса пары пакетов ротора сдвинуты относительно друг друга на угол 1 электрических градусов, равный 1/5 или 1/7 части полюсного деления. Пазы статора скошены на угол 2 электрических градусов, равный 2/7 частям полюсного деления при сдвиге полюсов пакетов пары на 1 /5 часть полюсного деления и скошены на 2/5 части полюсного деления при сдвиге полюсов пакетов пары на 1/7 часть полюсного деления. При работе синхронной электрической машины с возбуждением постоянными магнитами в обмотке статора действует основная гармоника ЭДС. 3-я, 5-я, 7-я и 9-я гармоники отсутствуют, а гармоники высших порядков 11-я, 13-я и т.д. весьма малы. Это обеспечивает синусоидальную форму кривых ЭДС при простой конструкции ротора и обмотки статора. Ротор выполняется из минимального количества пар пакетов - одной пары. Статор выполняется только со скосом пазов. Обмотка статора однослойная, может быть выполнена без укорочения шага, и сосредоточенная, может быть выполнена с числом пазов на полюс и фазу, равным 1. Источники информации Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.