RU2393566C1 - Multipolar magnetic system - Google Patents

Multipolar magnetic system Download PDF

Info

Publication number
RU2393566C1
RU2393566C1 RU2009106533/09A RU2009106533A RU2393566C1 RU 2393566 C1 RU2393566 C1 RU 2393566C1 RU 2009106533/09 A RU2009106533/09 A RU 2009106533/09A RU 2009106533 A RU2009106533 A RU 2009106533A RU 2393566 C1 RU2393566 C1 RU 2393566C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnets
annular
interpolar
magnetic system
pole
Prior art date
Application number
RU2009106533/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Иванович Файков (RU)
Юрий Иванович Файков
Сергей Васильевич Колесников (RU)
Сергей Васильевич Колесников
Виталий Григорьевич Собянин (RU)
Виталий Григорьевич Собянин
Вадим Петрович Вяткин (RU)
Вадим Петрович Вяткин
Владимир Петрович Нохрин (RU)
Владимир Петрович Нохрин
Сергей Сергеевич Пеняков (RU)
Сергей Сергеевич Пеняков
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Корпорация
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Корпорация, Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Корпорация
Priority to RU2009106533/09A priority Critical patent/RU2393566C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2393566C1 publication Critical patent/RU2393566C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: multipolar magnetic system in the form of annular cylinder includes pole and tangentially magnetised interpolar permanent magnets interconnected to form checkered structure with dissimilar magnetic poles adjacent. Each interpolar permanent magnet is made in the form of figure formed by end cylinder surface of annular sector shape, with angle selected by α=360°/2P ratio where P is the number of pole pairs, and two surfaces passing through radiuses delimiting annular sector and projection of crossing point of α angle bisector and external arc of the same angle on end surface on the annular cylinder. Polar permanent magnets are axially magnetised and form annular cylinder when added to interpolar magnets.
EFFECT: increased work flow inductance with minimum dimensions, maximum work flow inductance within specified dimensions.
7 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения магнитных систем на постоянных магнитах.The invention relates to the field of electrical engineering and relates to the design features of permanent magnet systems.

Известны «Сложный магнит и магнитная система» (США №4544904, Н01F 7/02, опубл. 01.10.1985), используемые в роторах синхронных двигателей. Магнитная система состоит из сложных постоянных магнитов в виде секторных магнитов и магнитов в форме параллелепипеда, расположенных по обе стороны секторного магнита одинаковыми магнитными полюсами. Постоянные магниты образуют явный магнитный полюс ротора, магнитный поток которого направлен вдоль оси вращения ротора. С внешней (нерабочей) стороны магнитных полюсов ротора поток замыкается через магнитопровод из магнитомягкого материала. Недостатком известного устройства является то, что часть потока постоянных магнитов рассеивается на поверхности магнитопровода, уменьшая, тем самым, величину рабочего потока. Кроме того, добавление дополнительных магнитов в форме параллелепипеда к секторным магнитам увеличивает рассеяние магнитного потока в появившихся дополнительных воздушных зазорах, что также уменьшает рабочий поток и, следовательно, индукцию в рабочем зазоре.Known "Complex magnet and magnetic system" (USA No. 4544904, H01F 7/02, publ. 10/01/1985) used in the rotors of synchronous motors. The magnetic system consists of complex permanent magnets in the form of sector magnets and parallelepiped magnets located on both sides of the sector magnet with the same magnetic poles. Permanent magnets form an explicit magnetic pole of the rotor, the magnetic flux of which is directed along the axis of rotation of the rotor. On the external (non-working) side of the magnetic poles of the rotor, the flow is closed through a magnetic core of soft magnetic material. A disadvantage of the known device is that part of the flux of permanent magnets is scattered on the surface of the magnetic circuit, thereby reducing the magnitude of the working flux. In addition, the addition of additional parallelepiped-shaped magnets to sector magnets increases the scattering of the magnetic flux in the additional air gaps that appear, which also reduces the working flux and, therefore, the induction in the working gap.

Наиболее близким к заявляемой магнитной системе является «Многополюсный ротор электрической машины с постоянными магнитами» (СССР №1731012 A1, H02K 21/14, опубл. 15.04.1994), состоящий из n полюсов и n межполюсных элементов из постоянных магнитов, соединенных между собой в мозаичную структуру (замкнутую фигуру) с прилеганием разноименными магнитными полюсами. Полюсные магниты имеют в сечении форму секторов, а межполюсные магниты - форму равнобедренных трапеций. В указанном «Многополюсном роторе…», выбранном в качестве прототипа, благодаря межполюсным элементам из тангенциально намагниченных постоянных магнитов изменяется не только направление магнитного потока, но и увеличивается индукция рабочего потока за счет увеличения активной длины магнитов в направлении их намагниченности. Однако представленная конструкция ротора не позволяет без потерь рабочего потока осуществить его ориентацию в торцевом (осевом) направлении, а также увеличить активную длину межполюсных магнитов без уменьшения длины дуги полюсных магнитов.Closest to the claimed magnetic system is the "Multipolar Rotor of an Electric Machine with Permanent Magnets" (USSR No. 1731012 A1, H02K 21/14, publ. 04/15/1994), consisting of n poles and n interpolar elements of permanent magnets connected to each other in mosaic structure (closed figure) with adjacent opposite magnetic poles. Pole magnets are in the shape of sectors in cross section, and interpolar magnets are in the form of isosceles trapeziums. In the indicated "Multipolar rotor ...", selected as a prototype, not only the direction of magnetic flux changes, but also the induction of the working flux due to an increase in the active length of the magnets in the direction of their magnetization due to the interpole elements of tangentially magnetized permanent magnets. However, the presented rotor design does not allow without loss of the working stream to carry out its orientation in the end (axial) direction, as well as to increase the active length of the interpolar magnets without reducing the arc length of the pole magnets.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании магнитной системы с рабочим потоком в осевом направлении, имеющей максимально возможные удельные характеристики.The problem to which the invention is directed, is to create a magnetic system with a work flow in the axial direction, having the maximum possible specific characteristics.

Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, состоит в увеличении значения индукции рабочего потока при минимальных габаритах магнитной системы (или получении при заданных габаритах магнитной системы максимального значения индукции рабочего потока).The technical result achieved by using the present invention consists in increasing the value of the induction of the working stream with the minimum dimensions of the magnetic system (or obtaining, given the dimensions of the magnetic system, the maximum value of the induction of the working stream).

Это достигается тем, что в многополюсной магнитной системе, содержащей полюсные и намагниченные тангенциально межполюсные постоянные магниты, соединенные между собой в мозаичную структуру с прилеганием разноименными магнитными полюсами, новым является то, что магнитная система выполнена в виде кольцевого цилиндра, каждый межполюсный постоянный магнит выполнен в виде фигуры, ограниченной частью одной из торцевых поверхностей цилиндра в виде кольцевого сектора, угол которого выбран из соотношения α=360°/2P, где P - число пар полюсов, и двумя поверхностями, проходящими через ограничивающие кольцевой сектор радиусы и проекцию точки пересечения биссектрисы угла α и внешней дуги указанного сектора на противоположную торцевую поверхность кольцевого цилиндра, а полюсные постоянные магниты намагничены в осевом направлении и выполнены так, что дополняют межполюсные магниты до кольцевого цилиндра.This is achieved by the fact that in a multipolar magnetic system containing pole and magnetized tangentially interpolar permanent magnets interconnected in a mosaic structure with adjacent opposite magnetic poles, it is new that the magnetic system is made in the form of an annular cylinder, each interpolar permanent magnet is made in in the form of a figure bounded by a part of one of the end surfaces of the cylinder in the form of an annular sector, the angle of which is selected from the relation α = 360 ° / 2P, where P is the number of pole pairs, and two surfaces extending through the restrictive annular sector radii and the projection of the intersection of the bisector of the angle α and the outer arc of said sector to the opposite end surface of the annular cylinder and the pole permanent magnets magnetized axially and are designed such that complementary Interphase magnets to the annular cylinder.

В заявляемом устройстве полюсные магниты намагничены в осевом направлении, а межполюсные магниты - в тангенциальном. Указанные магниты образуют мозаичную структуру в виде кольцевого цилиндра. При этом активная длина в направлении намагниченности межполюсных магнитов имеет максимально возможный размер при сохранении размеров полюсных магнитов (например, для магнитной системы с двумя парами полюсов длина межполюсного магнита определяется углом α=360°/(2·2)=90°). Активная длина полюсных магнитов, ориентированная в осевом направлении намагниченности, равна высоте кольца. Таким образом, полюсные и межполюсные постоянные магниты с максимально возможной активной длиной «организуют» прохождение рабочего потока в направлении своей намагниченности с максимально возможной намагничивающей силой и минимальным рассеянием (ввиду отсутствия пассивных элементов - магнитопроводов), следствием чего является максимально возможная индукция в рабочем зазоре.In the inventive device, the pole magnets are magnetized in the axial direction, and the pole poles are tangentially magnetized. These magnets form a mosaic structure in the form of an annular cylinder. In this case, the active length in the direction of magnetization of the interpolar magnets has the maximum possible size while maintaining the dimensions of the pole magnets (for example, for a magnetic system with two pairs of poles, the length of the interpolar magnet is determined by the angle α = 360 ° / (2 · 2) = 90 °). The active length of the pole magnets, oriented in the axial direction of magnetization, is equal to the height of the ring. Thus, pole and interpolar permanent magnets with the maximum possible active length “organize” the passage of the working stream in the direction of their magnetization with the maximum possible magnetizing force and minimal scattering (due to the absence of passive elements - magnetic circuits), which results in the maximum possible induction in the working gap.

На фиг.1 представлен внешний вид заявляемой конструкции магнитной системы с двумя парами полюсов.Figure 1 presents the appearance of the claimed design of the magnetic system with two pairs of poles.

На фиг.2 представлен вид сверху магнитной системы с двумя парами полюсов. Стрелками указаны направления намагниченности межполюсных магнитов 2.Figure 2 presents a top view of a magnetic system with two pairs of poles. The arrows indicate the directions of magnetization of the interpolar magnets 2.

На фиг.3 представлен вид сбоку магнитной системы с двумя парами полюсов. Стрелками указаны направления намагниченности постоянных магнитов.Figure 3 presents a side view of a magnetic system with two pairs of poles. The arrows indicate the directions of magnetization of permanent magnets.

На фиг.4 приведена схема построения межполюсного магнита.Figure 4 shows a diagram of the construction of an interpole magnet.

На фиг.5 приведен внешний вид межполюсного магнита.Figure 5 shows the appearance of the interpolar magnet.

На фиг.6 показана магнитная система индукционного демпфера, вид сбоку.Figure 6 shows the magnetic system of the induction damper, side view.

На фиг.7 приведена развертка наружной поверхности магнитной системы, используемой в индукционном демпфере.Figure 7 shows a scan of the outer surface of the magnetic system used in the induction damper.

На фиг.1 изображена магнитная система, которая содержит четыре полюсных 1 и четыре межполюсных 2 постоянных магнита. Полюсные магниты 1 намагничены в осевом направлении (фиг.3), а межполюсные магниты - в тангенциальном (фиг.2, 3). Указанные магниты соединены в мозаичную структуру в виде кольцевого цилиндра (фиг.1) с прилеганием разноименными магнитными полюсами.Figure 1 shows a magnetic system that contains four pole 1 and four interpolar 2 permanent magnets. The pole magnets 1 are magnetized in the axial direction (figure 3), and the interpolar magnets are tangential (figure 2, 3). These magnets are connected in a mosaic structure in the form of an annular cylinder (Fig. 1) with an adjacent opposite magnetic poles.

Для пояснения выполнения межполюсного магнита приведена схема его построения (фиг.4). В качестве примера рассмотрено построение межполюсного магнита в виде фигуры, ограниченной кольцевым сектором с углом α=360°/2P (для двух пар полюсов P=2, α=90°) и поверхностями в виде плоскостей, проходящих через радиусы R и R' указанного кольцевого сектора и проекцию точки А пересечения биссектрисы ОА угла α и внешней дуги кольцевого сектора на противоположную торцевую поверхность кольцевого цилиндра (точка А'). Плоскости отсекают от кольцевого сектора части объема кольцевого цилиндра, образуя межполюсный магнит (фиг.5).To explain the implementation of the interpole magnet, a diagram of its construction is shown (Fig. 4). As an example, the construction of an interpolar magnet in the form of a figure bounded by an annular sector with an angle α = 360 ° / 2P (for two pairs of poles P = 2, α = 90 °) and surfaces in the form of planes passing through the radii R and R 'of the indicated the annular sector and the projection of the point A of the intersection of the bisector OA of the angle α and the outer arc of the annular sector on the opposite end surface of the annular cylinder (point A '). The plane cut off from the annular sector of the volume of the annular cylinder, forming an interpole magnet (figure 5).

Полюсные магниты 1 (фиг.1) дополняют межполюсные магниты 2 до кольцевого цилиндра, образуя мозаичную структуру. То есть полюсные магниты 1 (фиг.1) являются дополнением до кольцевого цилиндра фигуры, состоящей из соответствующих числу полюсов межполюсных магнитов 2, составленных таким образом, что своей поверхностью, параллельной направлению намагниченности, образуют торцевую поверхность кольцевого цилиндра (фиг.2). При этом кольцевой цилиндр будет иметь высоту, равную высоте полюсного магнита в направлении его намагниченности (отрезок АА', фиг.4). Полюсные и межполюсные магниты собираются в мозаичный кольцевой цилиндр с прилеганием разноименными магнитными полюсами.Pole magnets 1 (Fig. 1) complement the interpolar magnets 2 to an annular cylinder, forming a mosaic structure. That is, the pole magnets 1 (Fig. 1) are an addition to the ring cylinder of the figure, consisting of the corresponding number of poles of the interpolar magnets 2, arranged so that their surface parallel to the direction of magnetization forms the end surface of the ring cylinder (Fig. 2). In this case, the annular cylinder will have a height equal to the height of the pole magnet in the direction of its magnetization (segment AA ', Fig. 4). Pole and interpolar magnets are assembled into a mosaic annular cylinder with an adjacent opposite magnetic poles.

Форма поверхности, ограничивающей полюсные и межполюсные магниты, определяется технологическими возможностями изготовления постоянных магнитов и здравым смыслом. В качестве примера можно привести винтовые поверхности, проходящие также через радиусы R и R' (фиг.4) кольцевого сектора и проекцию точки А пересечения биссектрисы ОА угла α и внешней дуги кольцевого сектора на противоположную торцевую поверхность кольцевого цилиндра (точка А').The shape of the surface bounding the pole and interpolar magnets is determined by the technological capabilities of manufacturing permanent magnets and common sense. As an example, we can give screw surfaces also passing through the radii R and R '(Fig. 4) of the annular sector and the projection of the point A of the intersection of the bisector OA of the angle α and the outer arc of the annular sector on the opposite end surface of the annular cylinder (point A').

Работа заявляемой магнитной системы показана на примере ее использования в индукционном демпфере дискового типа, где в рабочий зазор магнитной системы (фиг.6), состоящей из двух одинаковых мозаичных кольцевых цилиндров, помещен с возможностью вращения электропроводящий ротор 3, в котором при пересечении силовых линий индукции (фиг.7) индуцируются вихревые токи, магнитное поле которых, взаимодействуя с магнитным полем магнитов, создает тормозящий момент. Магниты 1 и 2 с максимально возможной активной длиной «организуют» прохождение рабочего потока в направлении своей намагниченности с максимально возможной намагничивающей силой и минимальным рассеянием, при этом создается максимально возможная индукция в рабочем зазоре, где находится ротор 3 и создается максимальный тормозящий момент, находящийся в зависимости от квадрата величины индукции.The operation of the inventive magnetic system is shown by the example of its use in a disk-type induction damper, where an electrically conductive rotor 3 is placed with the possibility of rotation in the working gap of the magnetic system (Fig. 6), consisting of two identical mosaic ring cylinders, in which when crossing the induction power lines (Fig. 7) eddy currents are induced, the magnetic field of which, interacting with the magnetic field of the magnets, creates a braking torque. Magnets 1 and 2 with the maximum possible active length “organize” the passage of the working stream in the direction of their magnetization with the maximum possible magnetizing force and minimal scattering, while creating the maximum possible induction in the working gap, where rotor 3 is located and creating the maximum braking moment located at depending on the square of the magnitude of the induction.

Для проверки эффективности предложенного решения была изготовлена магнитная система, состоящая из двух мозаичных кольцевых цилиндров (фиг.6), и измерена индукция в рабочем зазоре. Результаты измерений показали, что значение магнитной индукции в рабочем зазоре увеличилось в три раза по сравнению с аналогичными по габаритам индукционными демпферами, при этом тормозящий момент увеличился в девять раз.To verify the effectiveness of the proposed solution, a magnetic system was made consisting of two mosaic annular cylinders (Fig.6), and the induction in the working gap was measured. The measurement results showed that the value of magnetic induction in the working gap increased three times in comparison with similar dimensions induction dampers, while the braking torque increased nine times.

Claims (1)

Многополюсная магнитная система, содержащая полюсные и намагниченные тангенциально межполюсные постоянные магниты, соединенные между собой в мозаичную структуру с прилеганием разноименными магнитными полюсами, отличающаяся тем, что магнитная система выполнена в виде кольцевого цилиндра, каждый межполюсный постоянный магнит выполнен в виде фигуры, ограниченной частью одной из торцевых поверхностей цилиндра в виде кольцевого сектора, угол которого выбран из соотношения α=360/2Р, где Р - число пар полюсов, и двумя поверхностями, проходящими через ограничивающие кольцевой сектор радиусы и проекцию точки пересечения биссектрисы угла α и внешней дуги указанного сектора на противоположную торцевую поверхность кольцевого цилиндра, а полюсные постоянные магниты намагничены в осевом направлении и выполнены так, что дополняют межполюсные магниты до кольцевого цилиндра. A multipolar magnetic system containing pole and magnetized tangentially interpolar permanent magnets interconnected in a mosaic structure with adjacent opposite magnetic poles, characterized in that the magnetic system is made in the form of an annular cylinder, each interpolar permanent magnet is made in the form of a figure, limited to part of one of end surfaces of the cylinder in the form of an annular sector, the angle of which is selected from the relation α = 360 / 2P, where P is the number of pairs of poles, and two surfaces passing and in a limiting annular projection and radii sector point of intersection of the bisector of the angle α and the outer arc of said sector to the opposite end surface of the annular cylinder and the pole permanent magnets magnetized axially and are designed such that complementary Interphase magnets to the annular cylinder.
RU2009106533/09A 2009-02-24 2009-02-24 Multipolar magnetic system RU2393566C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009106533/09A RU2393566C1 (en) 2009-02-24 2009-02-24 Multipolar magnetic system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009106533/09A RU2393566C1 (en) 2009-02-24 2009-02-24 Multipolar magnetic system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2393566C1 true RU2393566C1 (en) 2010-06-27

Family

ID=42683796

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009106533/09A RU2393566C1 (en) 2009-02-24 2009-02-24 Multipolar magnetic system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2393566C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2458421C2 (en) * 2010-10-26 2012-08-10 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик-Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Multipolar magnetic system
RU2507663C1 (en) * 2012-07-30 2014-02-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Magnetic system of stator
RU2596002C1 (en) * 2015-04-21 2016-08-27 Акционерное общество "Центр судоремонта "Звездочка" (АО "ЦС "Звездочка") Electric drive

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2458421C2 (en) * 2010-10-26 2012-08-10 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик-Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Multipolar magnetic system
RU2507663C1 (en) * 2012-07-30 2014-02-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Magnetic system of stator
RU2596002C1 (en) * 2015-04-21 2016-08-27 Акционерное общество "Центр судоремонта "Звездочка" (АО "ЦС "Звездочка") Electric drive

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20180006306A (en) Stators and coils for axial-flux dynamoelectric machines
US20150244218A1 (en) Rotor for a permanent magnet electric machine and use thereof
CN106411006B (en) A kind of claw-pole structure rotor of axial flux permanent magnet body
JP5265615B2 (en) Permanent magnet embedded rotor
CN103647423A (en) Stator and rotor permanent magnet-type vernier motor
CN107289003B (en) Homopolarity formula permanent magnet offset radial magnetic bearing
RU2694065C1 (en) Rotating electric machine equipped with magnetic flow control mechanism
JP2013165601A (en) Rotary electric machine
RU2393566C1 (en) Multipolar magnetic system
JP5307849B2 (en) Electric motor
JP6104890B2 (en) Current generating turbine
JP2008067561A (en) Permanent-magnet electromotor
WO2021036460A1 (en) Permanent magnet synchronous motor rotor and compressor having same
JP6358158B2 (en) Rotating electric machine
CN115065183B (en) Double-layer open-air-gap asymmetric generator for aviation based on topology optimization method
CA2658527A1 (en) Rotor for magnetic motor
EP1810391B1 (en) Rotor-stator structure for electrodynamic machines
CN109474096A (en) A kind of servo motor of embedded spoke type p-m rotor
JP2009118594A (en) Axial gap type motor
CN105305769B (en) A kind of salient pole fluting permanent magnet array and linear motor
CN207868887U (en) A kind of high-speed permanent magnetic body synchronous motor rotor structure
CN104343873B (en) Permanent-magnetic flexible damping assembly
RU124038U1 (en) MULTI-POLE MAGNET SYSTEM
RU2476977C1 (en) Electric motor
CN106357025B (en) Rotor and magneto