RU124519U1

RU124519U1 - EXCITATION SYSTEM OF THE SIDE MAGNETOELECTRIC MACHINE

Info

Publication number: RU124519U1
Application number: RU2012133076/07U
Authority: RU
Inventors: Юрий Борисович Казаков; Дмитрий Сергеевич Корнилов
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2012-08-01
Publication date: 2013-01-27

Abstract

1. Система возбуждения торцевой магнитоэлектрической машины, содержащая магнитопровод с равномерно размещенными по окружности аксиально намагниченными постоянными магнитами, образующими полюсы чередующейся полярности, отличающаяся тем, что в поперечном сечении постоянные магниты имеют форму пятиугольника и зафиксированы в треугольных выемках, выполненных на торцевой поверхности кольцевого магнитопровода по осям полюсов, проходящим через вершины выемок.2. Система возбуждения торцевой магнитоэлектрической машины по п.1, отличающаяся тем, что плоские поверхности магнитов, обращенные к рабочему зазору, имеют форму прямоугольника, трапеции или сектора кольца.3. Система возбуждения торцевой магнитоэлектрической машины по п.1, отличающаяся тем, что кольцевой магнитопровод выполнен сборным из модулей трапецеидального сечения, установленных на роторе.1. The excitation system of the end magnetoelectric machine, containing a magnetic circuit with axially magnetized permanent magnets evenly spaced around the circumference, forming poles of alternating polarity, characterized in that the permanent magnets have a pentagon shape in cross section and are fixed in triangular recesses made on the end surface of the annular magnetic circuit along the axis of the poles passing through the tops of the recesses. 2. The excitation system of the end magnetoelectric machine according to claim 1, characterized in that the flat surfaces of the magnets facing the working gap are in the form of a rectangle, trapezoid, or ring sector. The excitation system of the end magnetoelectric machine according to claim 1, characterized in that the annular magnetic circuit is made prefabricated from modules of trapezoidal section mounted on the rotor.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к торцевым электрическим машинам с постоянными магнитами на роторе, и может быть использована в системах возбуждения торцевых электрических машин.The utility model relates to the field of electrical engineering, namely to end-face electrical machines with permanent magnets on the rotor, and can be used in excitation systems of end-face electrical machines.

Известен моментный вентильный двигатель торцевого типа (Патент на полезную модель RU №72367, МПК Н02К 26/00, 2008 г.) содержащий два статора с тороидальными магнитопроводами и кольцевыми обмотками и ротор дискового типа с постоянными магнитами чередующейся полярности и осевой намагниченностью, ротор выполнен из двух дисков, соосно расположенных и жестко связанных между собой, при этом диски ротора снабжены системой возбуждения, включающей магнитопроводы и постоянные магниты, охватывающие через рабочие торцевые зазоры наружные поверхности обоих статоров и жестко соединенные с рабочими валами, выполненными полыми.There is a known end-face torque valve motor (Utility Model Patent RU No. 72367, IPC Н02К 26/00, 2008) containing two stators with toroidal magnetic circuits and ring windings and a disk type rotor with permanent magnets of alternating polarity and axial magnetization, the rotor is made of two disks coaxially located and rigidly interconnected, while the rotor disks are equipped with an excitation system, including magnetic cores and permanent magnets, covering the outer surfaces of the wallpaper through the working end gaps x stators and rigidly connected with working shafts made hollow.

Недостатком системы возбуждения указанного двигателя является необходимость надежного крепления плоских магнитов на плоской поверхности сердечника, часть стали под магнитом остается недоиспользованной ввиду малого ее насыщения, созданная плоскими магнитами форма поля в зазоре близка к трапецеидальной и содержит достаточное количество высших гармонических составляющих.The disadvantage of the excitation system of this engine is the need for reliable fastening of flat magnets on the flat surface of the core, part of the steel under the magnet remains underused due to its low saturation, the field shape in the gap created by flat magnets is close to trapezoidal and contains a sufficient number of higher harmonic components.

Известна система возбуждения торцевой электрической машины (Авторское свидетельство на полезную модель RU №4419, МПК Н02К 1/27, 1997 г.), содержащая магнитопровод, выполненный в виде цилиндра из магнитомягкого материала с аксиальными отверстиями, в которых установлены постоянные магниты, выполненные в виде колец, намагниченных радиально, при этом полюса выполнены в виде цилиндрических стержней, расположенных внутри указанных магнитов, и по торцам имеют выступы.The known excitation system of the end electric machine (Copyright certificate for utility model RU No. 4419, IPC Н02К 1/27, 1997), containing a magnetic circuit made in the form of a cylinder of magnetically soft material with axial holes in which permanent magnets are installed, made in the form rings radially magnetized, while the poles are made in the form of cylindrical rods located inside these magnets and have protrusions at the ends.

Недостатком указанного технического решения является сложность в изготовлении, а так же то, что при реализации тихоходности (большого числа пар полюсов) уменьшится эффективность использования материалов, масса и габариты машины будут завышенными.The disadvantage of this technical solution is the difficulty in manufacturing, as well as the fact that the implementation of low-speed (a large number of pairs of poles) will reduce the efficiency of use of materials, the weight and dimensions of the machine will be overstated.

Известна система возбуждения электрических машин с постоянными магнитами (Паластин Л.М., Электрические машины автономных источников питания, М: «Энергия», 1972, стр.115-119), принятая за прототип, в которой постоянные магниты выполнены в виде брусков и намагничены в аксиальном направлении. Магниты расположены на вращающемся диске таким образом, что на торцевых его поверхностях, обращенных к неподвижным статорам с якорными обмотками, образуется ряд полюсов чередующейся полярности.The known system of excitation of electric machines with permanent magnets (L. Palastin, Electric machines of autonomous power sources, M: "Energy", 1972, pp. 115-119), adopted as a prototype, in which the permanent magnets are made in the form of bars and magnetized in the axial direction. The magnets are located on a rotating disk in such a way that on its end surfaces facing the fixed stators with anchor windings, a series of poles of alternating polarity is formed.

Недостатком указанной системы возбуждения является то, что часть стали под магнитом остается недоиспользованной ввиду малого ее насыщения, созданная плоскими магнитами форма поля в зазоре близка к трапецеидальной и содержит высшие гармонические составляющие, в конструкции нет элементов, препятствующих тангенциальному сдвигу магнита под действием вращающего момента.The disadvantage of this excitation system is that part of the steel under the magnet remains underutilized due to its low saturation, the field shape in the gap created by flat magnets is close to trapezoidal and contains higher harmonic components, there are no elements in the structure that prevent the tangential shift of the magnet under the action of torque.

Технический результат заявляемой полезной модели заключается в увеличении полезной мощности при сохранении объема машины, в улучшении формы поля возбуждения в рабочем зазоре, а также в повышении надежности за счет увеличения площади крепления постоянных магнитов к магнитопроводу и наличия конструктивного препятствования их тангенциальному сдвигу.The technical result of the claimed utility model is to increase the usable power while maintaining the machine volume, to improve the shape of the field of excitation in the working gap, and also to increase reliability by increasing the area of attachment of permanent magnets to the magnetic circuit and the presence of constructive obstruction of their tangential shift.

Технический результат достигается тем, что система возбуждения торцевой магнитоэлектрической машины содержит магнитопровод с равномерно размещенными по окружности аксиально намагниченными постоянными магнитами, образующими полюса чередующейся полярности. Постоянные магниты в поперечном сечении имеют форму пятиугольника и зафиксированы в треугольных выемках, выполненных на торцевой поверхности кольцевого магнитопровода по осям полюсов, проходящих через вершины выемок. Плоские поверхности магнитов, обращенные к рабочему зазору, имеют форму прямоугольника, трапеции или сектора кольца. Кольцевой магнитопровод может быть выполнен сборным из модулей трапецеидального сечения, установленных на роторе.The technical result is achieved by the fact that the excitation system of the end magnetoelectric machine comprises a magnetic circuit with axially magnetized permanent magnets evenly spaced around the circumference, forming poles of alternating polarity. Permanent magnets in cross section have the shape of a pentagon and are fixed in triangular recesses made on the end surface of the annular magnetic circuit along the axes of the poles passing through the tops of the recesses. The flat surfaces of the magnets facing the working gap are in the form of a rectangle, trapezoid, or ring sector. An annular magnetic circuit can be made prefabricated from modules of trapezoidal section mounted on the rotor.

Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображена система возбуждения торцевой магнитоэлектрической машины.Figure 1 shows the excitation system of the end magnetoelectric machine.

На фиг.2 изображено распределение магнитного поля в торцевой магнитоэлектрической машине с магнитами прямоугольного сечения на полюсном делении.Figure 2 shows the distribution of the magnetic field in the end magnetoelectric machine with magnets of rectangular cross section on the pole division.

На фиг.3 изображено распределение магнитного поля в торцевой магнитоэлектрической машине с магнитами пятиугольного сечения на полюсном делении.Figure 3 shows the distribution of the magnetic field in the end magnetoelectric machine with magnets of pentagonal cross section on the pole division.

На фиг.4 изображено распределение силовых линий на двух полюсных делениях ротора.Figure 4 shows the distribution of the lines of force at two pole divisions of the rotor.

На фиг.5 изображен магнитопровод ротора, выполненный из модулей трапецеидального сечения.Figure 5 shows the magnetic core of the rotor made of modules of trapezoidal section.

Система возбуждения торцевой магнитоэлектрической машины содержит магнитопровод 1, выполненный в форме кольца из ферромагнитного материала. На одной из торцевых поверхностей магнитопровода 1 по окружности равномерно выполнены выемки треугольного сечения, второй торцевой поверхностью магнитопровод крепится к ротору. Аксиально намагниченные постоянные магниты 2, имеющие в поперечном сечении форму пятиугольника, жестко закреплены в треугольных выемках магнитопровода 1 таким образом, что образуют выступы. Поверхности магнита 2, обращенные к рабочему зазору, плоские и могут иметь форму прямоугольника, трапеции или сектора кольца. Полярность постоянных магнитов чередующаяся. Магнитопровод ротора может быть выполнен сборным из модулей 6 трапецеидального сечения, закрепленных на роторе 7, например, при помощи болтов (фиг.5). При таком варианте исполнения магнитопровода полностью устраняется путь для замыкания потоков реакции якоря, изготовление магнитопровода ротора становится малоотходным и технологичным.The excitation system of the end magnetoelectric machine contains a magnetic circuit 1, made in the form of a ring of ferromagnetic material. On one of the end surfaces of the magnetic circuit 1, recesses of a triangular section are uniformly made around the circumference, the second end surface of the magnetic circuit is attached to the rotor. The axially magnetized permanent magnets 2, having a pentagon shape in cross section, are rigidly fixed in the triangular recesses of the magnetic circuit 1 in such a way that they form protrusions. The surfaces of magnet 2 facing the working gap are flat and may have the shape of a rectangle, trapezoid, or ring sector. The polarity of the permanent magnets is alternating. The rotor magnetic circuit can be made prefabricated from modules 6 of a trapezoidal section, mounted on the rotor 7, for example, using bolts (figure 5). With this embodiment, the magnetic circuit completely eliminates the path for closing the flow of the armature reaction, the manufacture of the magnetic circuit of the rotor becomes low-waste and technological.

Система возбуждения торцевой магнитоэлектрической машины работает следующим образом: магнитный поток возбуждения (фиг.4), создаваемый аксиально намагниченным постоянным магнитом 2, пересекает рабочий зазор 4, пересекает контуры витков обмотки 5 статора и замыкается по магнитопроводу статора 3, повторно пересекает рабочий зазор 4, складывается с магнитным потоком соседнего магнита противоположной полярности, замыкается по магнитопроводу 1 ротора и возвращается в исходный магнит. В режиме генератора при вращении ротора внешним вращающим моментом магнитный поток возбуждения движется относительно витков обмотки статора и наводит в них ЭДС. Эта ЭДС суммируется по всем катушкам фазы и подается на выводные клеммы генератора. В режиме двигателя вращающееся поле, созданное токами обмоток статора, взаимодействует с полем, созданным полем возбуждения, и приводит ротор во вращение.The excitation system of the end magnetoelectric machine operates as follows: the magnetic flux of excitation (Fig. 4) created by the axially magnetized permanent magnet 2 crosses the working gap 4, crosses the contours of the stator windings 5 and closes along the stator magnetic circuit 3, re-crosses the working gap 4, folds with a magnetic flux of a neighboring magnet of opposite polarity, it closes through the magnetic circuit 1 of the rotor and returns to the original magnet. In the generator mode, when the rotor rotates with an external torque, the magnetic flux of the excitation moves relative to the turns of the stator winding and induces an EMF in them. This EMF is summed over all coils of the phase and fed to the output terminals of the generator. In motor mode, the rotating field created by the currents of the stator windings interacts with the field created by the field of excitation, and drives the rotor.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает увеличение полезной мощности при сохранении объема машины, улучшение формы поля возбуждения в рабочем зазоре, а также повышение надежности за счет увеличения площади крепления постоянных магнитов к магнитопроводу и наличия конструктивного препятствования их тангенциальному сдвигу.Thus, the proposed technical solution provides an increase in useful power while maintaining the volume of the machine, improving the shape of the field of excitation in the working gap, as well as increasing reliability by increasing the area of attachment of permanent magnets to the magnetic circuit and the presence of constructive obstruction of their tangential shift.

Claims

1. The excitation system of the end magnetoelectric machine, containing a magnetic circuit with axially magnetized permanent magnets evenly spaced around the circumference, forming poles of alternating polarity, characterized in that the permanent magnets have a pentagon shape in cross section and are fixed in triangular recesses made on the end surface of the annular magnetic circuit along the axes of the poles passing through the tops of the recesses.

2. The excitation system of the end magnetoelectric machine according to claim 1, characterized in that the flat surfaces of the magnets facing the working gap have the shape of a rectangle, trapezoid, or ring sector.

3. The excitation system of the end magnetoelectric machine according to claim 1, characterized in that the annular magnetic circuit is made of modular trapezoidal section mounted on the rotor.