CZ29612U1 - Rotor asynchronního motoru s permanentními magnety - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká rotoru asynchronního indukčního motoru, určeného zejména pro pohony vozidel, napájeného z frekvenčního měniče s proměnnou frekvencí v širokém rozsahu.

Dosavadní stav techniky

Asynchronní indukční motory mají rotor skládaný z celistvých kruhových plechů s vylisovanými drážkami pro rotorové tyče. Po slisování rotorového paketu jsou do drážek v podélném směru nalisovány neizolované měděné tyče, které jsou na koncích vyčnívajících z paketu spojeny kruhy nakrátko a společně tvoří klec rotoru. Klec jako celek lze vytvořit i zalitím vodivého materiálu do paketu. Nejčastěji se na zalití paketu používá hliník, ale jsou známy i technologie používající měď, nebo kombinaci obou kovů. Velikost momentu při různých napájecích frekvencích je dána velikostí magnetického pole v rotoru, které je indukováno ze statorového vinutí a jeho velikost určuje magnetický obvod statoru, rotoru a velikost vzduchové mezery. V nižších frekvencích je rozběh motoru regulován napěťově, aby zůstalo konstantní magnetické pole, a při dosažení jmenovitého napětí pracuje motor již po vlastní charakteristice a tím klesá magnetické pole v závislosti na frekvenci. Posunem charakteristiky motoru lze dosáhnout zvětšení magnetického pole v rotoru, ale za cenu snížení pole v nízkých frekvencích. To je pro motory sloužící k pohonu trakčních vozidel nevýhodné, protože při nízkých frekvencích potřebují motory vysoký moment a tím vysokou indukci v rotoru. Další nevýhodou těchto motorů je energetická náročnost na vytvoření magnetického pole rotoru a nízká indukce při vysokých napájecích frekvencích, kdy již nelze zvyšovat buzení rotoru zvýšením napětí z důvodu napěťového omezení napájecího zdroje.

Podstata technického řešení

Cílem technického řešení je zlepšit parametry asynchronního motoru tak, aby se zvýšila magnetická indukce a tím i moment motoru ve vyšších otáčkách při zachování vysokých parametrů v nízkých frekvencích a zvýšila se celková účinnost motoru. Předmětem technického řešení je rotor asynchronního motoru s permanentními magnety, určený zejména pro asynchronní motory používané ve frekvenčně řízených pohonech trakčních vozidel, který obsahuje jádro rotoru, sestávající z hřídele s k němu upevněnými permanentními magnety s radiální orientací magnetického pole pro zesílení magnetického pole rotoru, kde tento celek je vložen do rotorového věnce s klecí nakrátko, který se skládá z pólových nástavců a z klece nakrátko. Podstata technického řešení spočívá vtom, že rotorový věnec je rozdělen nemagnetickou stahovací konstrukcí na jednotlivé magneticky oddělené části, které tvoří póly motoru, jejichž počet odpovídá počtu pólů statoru motoru.

Pólové nástavce jsou standardně složeny z jednotlivých ocelových plechů, vzájemně mezi sebou izolovaných, a klec nakrátko je složena z rotorových tyčí, vložených do drážek pólových nástavců, které jsou na obou čelech rotoru spojeny kruhy nakrátko.

Stahovací konstrukce je složena z podélných pravítek, připevněných šrouby do hřídele. Ve výhodném provedení je ke každému permanentnímu magnetu upevněn zaoblený pólový nástavec, jehož vnější část tvarově odpovídá vnitřnímu okraji rotorového věnce.

Permanentní magnety, které jsou vloženy pod rotorovou klec, vytvářejí magnetické pole bez závislosti na napájecí frekvencí a přidávají jej ke klesající indukci buzené statorem až do okamžiku, kdy magnetické pole permanentních magnetů převládne magnetické pole buzené ze statoru a rotor je vtažen do synchronních otáček. Při nízkých frekvencích zůstávají zachovány výhody asynchronního motoru, spočívající ve vysoké dynamice, zatímco ve vysokých frekvencích jsou uplatněny výhody synchronního motoru.

Přechod do synchronního režimu z asynchronního je určen výpočtem a je dán velikostí a počtem magnetů, a tím jejich magnetickým tokem. Rotor asynchronního motoru s permanentními mag-1 CZ 29612 Ul nety podle tohoto technického řešení umožňuje, aby motor za provozu plynule přecházel z asynchronního režimu do synchronního a zpět podle stupně zátěže, a tím šetřil energii potřebnou pro vytvoření magnetického pole v čistě asynchronním režimu.

Objasnění výkresů

Na připojených obrázcích jsou vyobrazeny příklady provedení technického řešení. Na obr. 1 až 3 jsou znázorněny příčné řezy rotorem podle návrhu v různých konstrukčních variantách. Na obr. 1 se rotor asynchronního motoru skládá z jádra s permanentními magnety, složeného z hřídele, permanentních magnetů a k nim připevněných pólových nástavců. Na obr. 2 je provedení bez pólových nástavců, s deskovými permanentními magnety, průřez hřídele je ve tvaru osmiúhelío nika. Na obr. 3 je provedení bez pólových nástavců, průřez hřídele je kruhového tvaru, permanentní magnety jsou zaoblené. Pro objasnění podstaty technického řešení byl zvolen čtyřpólový rotor. U vícepólových rotorů bude tvar hřídele a počet magnetů odpovídat počtu pólů motoru. Příklady uskutečnění technického řešení

Rotor asynchronního motoru podle technického řešení v provedení podle obr. 1 se skládá z ocelového jádra s permanentními magnety, sestávajícího z hřídele I, permanentních magnetů 2 a k nim upevněných pólových nástavců 3. Hřídel I a pólové nástavce 3 jsou z materiálu s dobrou magnetickou vodivostí, nejlépe z nelegované oceli s nízkým obsahem uhlíku. Jádro s permanentními magnety je vloženo do rotorového věnce s klecí nakrátko, která se skládá z pólových nástavců 5, a klece 4 nakrátko. Pólové nástavce 5 jsou složeny z jednotlivých ocelových plechů nejlépe tloušťky 0,5 mm, které jsou mezi sebou izolovány. Klec 4 nakrátko je složena z rotorových tyčí vložených do drážek pólových nástavců 5, které jsou na obou čelech spojeny kruhy nakrátko a společně s pólovými nástavci 5 tvoří rotorový věnec. Materiál rotorové klece je z elektricky vodivého materiálu s nízkým měrným odporem, nejlépe z elektrovodné mědi. Proti odstředivé síle je rotorový věnec zajištěn stahovací konstrukcí 6 z nemagnetického materiálu, která je tvořena podélnými pravítky se šrouby, které jsou upevněny do hřídele i.

Toto uspořádání rotoru umožňuje vyrobit motor s dobrou momentovou charakteristikou a dynamikou při nízkých frekvencích v asynchronním režimu a při vysokých frekvencích, kdy již dochází k odbuzování rotoru v asynchronním režimu, využít výhod synchronního chodu s permanentními magnety.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (4)

1. Rotor asynchronního motoru s permanentními magnety, určený zejména pro asynchronní motory používané ve frekvenčně řízených pohonech trakčních vozidel, který obsahuje jádro rotoru sestávající z hřídele (1) s k němu upevněnými permanentními magnety (2) s radiální orientací magnetického pole, pro zesílení magnetického pole rotoru, kde tento celek je vložen do roto35 rového věnce s klecí nakrátko, který se skládá z pólových nástavců (5) a z klece (4) nakrátko, vyznačující se tím, že rotorový věnec je rozdělen nemagnetickou stahovací konstrukcí (6) na jednotlivé magneticky oddělené části, které tvoří póly motoru, jejichž počet odpovídá počtu pólů statoru motoru.

2. Rotor podle nároku 1, vyznačující se tím, že pólové nástavce (5) jsou složeny

40 z jednotlivých ocelových plechů, vzájemně mezi sebou izolovaných, a klec (4) nakrátko je složena z rotorových tyčí, vložených do drážek pólových nástavců (5), které jsou na obou čelech rotoru spojeny kruhy nakrátko.

3. Rotor podle nároku 1, vyznačující se tím, že stahovací konstrukce (6) je složena z podélných pravítek z nemagnetického materiálu, připevněných šrouby do hřídele (1).

-2CZ 29612 Ul

4. Rotor podle nároku 1, vyznačující se tím, že ke každému permanentnímu magnetu (2) je upevněn zaoblený pólový nástavec (3), jehož vnější část tvarově odpovídá vnitřnímu okraji rotorového věnce (5).