RU2544009C1

RU2544009C1 - Electrical machine

Info

Publication number: RU2544009C1
Application number: RU2014114718/07A
Authority: RU
Inventors: Владимир Викторович Дидов; Виктор Дмитриевич Сергеев
Priority date: 2014-04-14
Filing date: 2014-04-14
Publication date: 2015-03-10

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: electrical machine comprises stator support body, stator laminated sore with grooves made at its outer cylindrical surface for station winding coil windings to be fitted therein. Stator support body is composed of cylindrical barrel with sidewall mid part provided with cylindrical ledge. Stator is arranged inside rotor cylindrical cavity. Rotor comprises inductor composed of permanent magnets and ferromagnetic strips. Rotor body is composed of two opposed plates secured with cylindrical shell. Inductor is arranged at rotor body periphery. Its trapezoid-shape permanent magnets and parallelepiped-shape ferromagnetic poles are composed of plates directed in rotor lengthwise axis. These are arranged to make a composite ring with alternating pole polarity. Electrical machine comprises radial and axial thrust magnetic bearings. Stator parts of said magnets are secured at the ledge cylindrical surface are magnetised to build the Halbach array.

EFFECT: increased peripheral rate of inductor, simplified design.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и, в частности, к электромашиностроению.The invention relates to the field of electrical engineering and, in particular, to electrical engineering.

Известна высокооборотная электромашина, содержащая корпус, выполненный с возможностью подвода в его полость охлаждающего газа, снабженный торцевыми щитами и средствами подвода охлаждающего газа к узлам, размещенным в полости корпуса, сердечник статора, снабженный обмоткой, в цилиндрической полости которого с зазором размещен ротор, содержащий индуктор и подшипниковый узел (см. Балагуров В.А., Галтеев Ф.Ф. Электрические генераторы с постоянными магнитами. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 280 с).A high-speed electric machine is known, comprising a housing configured to supply cooling gas into its cavity, equipped with end shields and means for supplying cooling gas to the nodes located in the housing cavity, a stator core equipped with a winding, in the cylindrical cavity of which a rotor containing an inductor is placed with a gap and a bearing assembly (see Balagurov V.A., Galteev F.F. Electric generators with permanent magnets. - M.: Energoatomizdat, 1988. - 280 s).

Недостатком данного устройства является невозможность существенного уменьшения массогабаритных характеристик устройства за счет повышения окружной скорости индуктора, поскольку нагрузочные характеристики подшипниковых узлов не допускают высокие скорости вращения ротора при увеличении его радиального размера.The disadvantage of this device is the impossibility of significantly reducing the weight and size characteristics of the device by increasing the peripheral speed of the inductor, since the load characteristics of the bearing assemblies do not allow high rotor speeds with an increase in its radial size.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению устройством является электромашина, содержащая шихтованный сердечник статора, снабженный пазами, в которых размещены катушки обмотки, и ротор, включающий корпус и индуктор, содержащий подшипниковый узел (см. патент РФ №2385523, МПК Н02K 5/16, 2010 г.).The closest device to the proposed technical solution is an electric machine containing a stator core lined with grooves, in which winding coils are placed, and a rotor including a housing and an inductor containing a bearing assembly (see RF patent No. 2385523, IPC Н02K 5/16, 2010 g.).

Недостатком прототипа является невозможность существенного уменьшения массогабаритных характеристик устройства за счет повышения окружной скорости индуктора ввиду его недостаточной прочности, а также нагрузочные характеристики подшипниковых узлов не допускают высокие скорости вращения ротора при увеличении его радиального размера.The disadvantage of the prototype is the inability to significantly reduce the overall dimensions of the device by increasing the peripheral speed of the inductor due to its insufficient strength, as well as the load characteristics of the bearing assemblies do not allow high rotor speeds when increasing its radial size.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является уменьшение массогабаритных характеристик устройства, повышение надежности ее работы при высоких окружных скоростях индуктора и повышение ресурса электромашины.The task to which the proposed technical solution is directed is to reduce the overall dimensions of the device, increase the reliability of its operation at high peripheral speeds of the inductor and increase the life of the electric machine.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в уменьшении массогабаритных характеристик устройства за счет увеличения окружной скорости индуктора, существенном уменьшении трения в подшипниках, в упрощении конструкции, в использовании наружной поверхности ротора в качестве ступицы электромобиля, ветрогенератора или гидрогидрогенератора.The technical result that is achieved when solving the problem is expressed in a decrease in the overall dimensions of the device due to an increase in the peripheral speed of the inductor, a significant reduction in friction in the bearings, in simplification of the design, in the use of the outer surface of the rotor as the hub of an electric vehicle, wind generator, or hydro-generator.

Поставленная задача решается тем, что электромашина, содержащая шихтованный сердечник статора, снабженный пазами, в которых размещены катушки обмотки, и ротор, включающий корпус и индуктор, содержащий подшипниковый узел, отличается тем, что внешней поверхности статора придана цилиндрическая форма, при этом он размещен в цилиндрической полости ротора, установленного соосно с продольной осью статора, с возможностью вращения вокруг него, при этом пазы статора, в которых уложены катушки обмотки, размещены с внешней стороны статора и открыты к обращенной к ним поверхности цилиндрической полости ротора, причем катушки обмотки зафиксированы в пазах статора клиньями, кроме того, сердечник статора выполнен с отверстием, соосным с его продольной осью, которым он надет на опорный корпус, выполненный, предпочтительно, из немагнитного материала, с внешней поверхностью которого сердечник статора жестко скреплен, при этом опорный корпус выполнен в виде цилиндрического стакана, средняя часть боковых стенок которого снабжена цилиндрическим выступом, причем корпус ротора выполнен в виде двух, предпочтительно, симметричных тарелок, обращенных друг к другу своими полостями, выполненных предпочтительно из немагнитного материала, скрепленных с цилиндрической обечайкой, причем суммарная глубина полостей на участке, расположенном ближе к продольной оси статора, больше, чем на периферийном участке корпуса ротора, кроме того, индуктор размещен на периферийном участке корпуса ротора и содержит планки трапецеидальной формы, ориентированные вдоль продольной оси ротора, выполненные из тангенциально намагниченных постоянных магнитов, чередующиеся с полюсами, выполненными в форме параллелепипеда из материала с высокой магнитной проницаемостью, кроме того, внешняя поверхность магнитных планок и полюсов уперта в обращенную к ней внутреннюю поверхность цилиндрической обечайки, выполненной из немагнитного материала, при этом кромки тарелок корпуса ротора, обращенные к опорному корпусу статора, снабжены Г-образными цилиндрами, начальные участки поверхности которых параллельны цилиндрическим стенкам опорного корпуса, а конечные параллельны торцам опорного корпуса, кроме того, подшипниковый узел электромашины содержит магнитные радиальные и упорные подшипники, при этом на цилиндрической поверхности выступа опорного корпуса статора жестко закреплены составные постоянные магниты одинаковой высоты, каждый из которых содержит, как минимум, три кольцевых постоянных магнита, намагниченных с возможностью образования магнитной схемы Хальбаха, кроме того, на обращенных к ним поверхностях Г-образных цилиндров закреплены составные постоянные магниты одинаковой высоты, каждый из которых содержит, как минимум, три кольцевых постоянных магнита, намагниченных с возможностью образования магнитной схемы Хальбаха, число, размеры, местоположение и направление намагниченности которых подобны числу, размерам, местоположению и направлению намагниченности постоянных магнитов, закрепленных на опорном корпусе статора, кроме того, на противоположных торцах выступа опорного корпуса закреплены составные постоянные магниты, каждый из которых содержит, как минимум, три кольцевых коаксиальных постоянных магнита, намагниченных с возможностью образования магнитной схемы Хальбаха, при этом на обращенных к ним поверхностях Г-образных цилиндров закреплены составные постоянные магниты, каждый из которых содержит, как минимум, три кольцевых коаксиальных постоянных магнита, намагниченных с возможностью образования магнитной схемы Хальбаха, число, размеры, местоположение и направление намагниченности которых подобны числу, размерам, местоположению и направлению намагниченности постоянных магнитов, закрепленных на торцах выступа опорного корпуса статора.The problem is solved in that the electric machine containing the laminated stator core, provided with grooves in which the winding coils are located, and a rotor including a housing and an inductor containing a bearing assembly, is characterized in that the outer surface of the stator is cylindrical in shape, while it is placed in a cylindrical cavity of the rotor mounted coaxially with the longitudinal axis of the stator, with the possibility of rotation around it, while the grooves of the stator, in which the winding coils are laid, are placed on the outside of the stator and open to the surface of the cylindrical cavity of the rotor facing them, and the winding coils are fixed in the stator slots by wedges, in addition, the stator core is made with a hole coaxial with its longitudinal axis, with which it is worn on a support housing made, preferably, of non-magnetic material, with an external the surface of which the stator core is rigidly fastened, while the supporting body is made in the form of a cylindrical cup, the middle part of the side walls of which is provided with a cylindrical protrusion, the rotor body being made in two preferably symmetrical plates facing each other with their cavities, preferably made of non-magnetic material, bonded to a cylindrical shell, and the total depth of the cavities in the section closer to the longitudinal axis of the stator is greater than in the peripheral section of the rotor housing, except Moreover, the inductor is located on the peripheral section of the rotor housing and contains trapezoidal strips oriented along the longitudinal axis of the rotor, made of tangentially magnetized constants magnets alternating with poles made in the form of a parallelepiped from a material with high magnetic permeability, in addition, the outer surface of the magnetic strips and poles is abutted against the inner surface of the cylindrical shell made of non-magnetic material, while the edges of the plates of the rotor casing are facing the stator support housing, equipped with L-shaped cylinders, the initial surface sections of which are parallel to the cylindrical walls of the support housing, and the final parallel to the ends of the support of the housing, in addition, the bearing assembly of the electric machine contains magnetic radial and thrust bearings, while on the cylindrical surface of the protrusion of the stator support housing, composite permanent magnets of the same height are rigidly fixed, each of which contains at least three ring permanent magnets magnetized with the possibility of magnetic Halbach schemes, in addition, composite permanent magnets of the same height are fixed to the surfaces of the L-shaped cylinders facing them, each of which contains, at least three ring permanent magnets magnetized with the possibility of forming a Halbach magnetic circuit, the number, size, location and direction of magnetization of which are similar to the number, size, location and direction of magnetization of permanent magnets mounted on the stator support housing, in addition, on opposite ends of the protrusion Composite permanent magnets, each of which contains at least three annular coaxial permanent magnets magnetized with the possibility of the formation of the Halbach magnetic circuit, with composite permanent magnets fixed to the surfaces of the L-shaped cylinders facing them, each of which contains at least three annular coaxial permanent magnets magnetized with the possibility of forming a Halbach magnetic circuit, number, size, location and direction whose magnetizations are similar to the number, size, location and direction of magnetization of permanent magnets mounted on the ends of the protrusion of the stator support housing.

Кроме того, по меньшей мере, одна из тарелок, образующих корпус ротора, разъемно скреплена с цилиндрической обечайкой.In addition, at least one of the plates forming the rotor housing is detachably fastened to a cylindrical shell.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения и существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».A comparative analysis of the essential features of the proposed technical solution and the essential features of the prototype and analogues indicates its compliance with the criterion of "novelty."

При этом существенные признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.In this case, the essential features of the characterizing part of the claims solve the following functional tasks.

Признак, указывающий, что «внешней поверхности статора придана цилиндрическая форма, при этом он размещен в цилиндрической полости ротора, установленного соосно с продольной осью статора, с возможностью вращения вокруг него", позволяет создать машину с внутренним статором и внешним ротором.A sign indicating that "the outer surface of the stator is cylindrical in shape, while it is placed in the cylindrical cavity of the rotor mounted coaxially with the longitudinal axis of the stator, with the possibility of rotation around it," allows you to create a machine with an internal stator and an external rotor.

Признаки, указывающие, что «пазы статора, в которых уложены катушки обмотки, размещены с внешней стороны статора и открыты к обращенной к ним поверхности цилиндрической полости ротора, причем катушки обмотки зафиксированы в пазах статора клиньями", позволяют упростить технологию изготовления обмотки статора.Signs indicating that "the stator grooves in which the winding coils are placed are placed on the outside of the stator and open to the surface of the cylindrical cavity of the rotor facing them, and the winding coils are fixed in the grooves of the stator by wedges," simplify the manufacturing technology of the stator winding.

Признак, указывающий, что сердечник статора «выполнен с отверстием, соосным с его продольной осью, которым он надет на опорный корпус, выполненный, предпочтительно, из немагнитного материала, с внешней поверхностью которого сердечник статора жестко скреплен", позволяет сориентировать статор в машине, а также позволяет разместить магнитные подшипники на опорном корпусе без шунтирования магнитного поля подшипников и тем самым снижения их несущей способности.A sign indicating that the stator core "is made with a hole coaxial with its longitudinal axis, by which it is worn on a support body made, preferably, of non-magnetic material, with the outer surface of which the stator core is rigidly fastened", allows the stator to be oriented in the machine, and also allows you to place magnetic bearings on the support housing without shunting the magnetic field of the bearings and thereby reduce their bearing capacity.

Признак, указывающий, что опорный корпус «выполнен в виде цилиндрического стакана, средняя часть боковых стенок которого снабжена цилиндрическим выступом", позволяет организовать площадки для установки статорных частей магнитов радиального и упорного магнитных подшипников.A sign indicating that the supporting housing "is made in the form of a cylindrical cup, the middle part of the side walls of which is equipped with a cylindrical protrusion", allows you to organize the site for the installation of the stator parts of the magnets of the radial and thrust magnetic bearings.

Признаки, указывающие, что "корпус ротора выполнен в виде двух, предпочтительно, симметричных тарелок, обращенных друг к другу своими полостями, выполненных предпочтительно из немагнитного материала, … причем суммарная глубина полостей на участке, расположенном ближе к продольной оси статора, больше, чем на периферийном участке корпуса ротора", обеспечивают возможность расположения статора и индуктора внутри корпуса ротора и упрощают сборку последнего.Signs indicating that "the rotor casing is made in the form of two, preferably, symmetrical plates facing each other with their cavities, made preferably of non-magnetic material ... and the total depth of the cavities in the area closer to the longitudinal axis of the stator is greater than peripheral section of the rotor housing, "provide the possibility of arranging the stator and inductor inside the rotor housing and simplify the assembly of the latter.

Признак, указывающий, что «индуктор размещен на периферийном участке корпуса ротора", позволяет повысить прочность индуктора под действием центробежных сил при высоких окружных скоростях, а также позволяет использовать наружную поверхность ротора в качестве ступицы электрогенератора, гидрогенератора или ветрогенератора.A sign indicating that "the inductor is located on the peripheral portion of the rotor casing", allows to increase the strength of the inductor under the action of centrifugal forces at high peripheral speeds, and also allows you to use the outer surface of the rotor as the hub of an electric generator, hydro generator or wind generator.

Признак, указывающий, что индуктор «содержит планки трапецеидальной формы, ориентированные вдоль продольной оси ротора, выполненные из тангенциально намагниченных постоянных магнитов, чередующиеся с полюсами, выполненными в форме параллелепипеда из материала с высокой магнитной проницаемостью", позволяет выполнить индуктор в виде составного кольца.A sign indicating that the inductor "contains trapezoidal strips, oriented along the longitudinal axis of the rotor, made of tangentially magnetized permanent magnets, alternating with poles made in the form of a parallelepiped from a material with high magnetic permeability," allows you to make the inductor in the form of a composite ring.

Признак, указывающий, что "внешняя поверхность магнитных планок и полюсов уперта в обращенную к ней внутреннюю поверхность цилиндрической обечайки, выполненной из немагнитного материала", позволяют предотвратить деформацию индуктора под действием центробежных сил.A sign indicating that "the outer surface of the magnetic strips and poles is abutted against the inner surface of the cylindrical shell made of non-magnetic material facing it", prevent the deformation of the inductor under the action of centrifugal forces.

Признак, указывающий, что "кромки тарелок корпуса ротора, обращенные к опорному корпусу статора, снабжены Г-образными цилиндрами, начальные участки поверхности которых параллельны цилиндрическим стенкам опорного корпуса, а конечные параллельны торцам опорного корпуса", позволяет организовать площадки для установки роторных частей магнитов радиального и упорного магнитных подшипников.A sign indicating that "the edges of the plates of the rotor casing facing the stator support casing are provided with L-shaped cylinders, the initial surface sections of which are parallel to the cylindrical walls of the supporting casing, and the final ones are parallel to the ends of the supporting casing", allows organizing platforms for installing the rotor parts of the radial magnets and persistent magnetic bearings.

Признак, указывающий, что подшипниковый узел электромашины «содержит магнитные радиальные и упорные подшипники", позволяет обеспечить возможность свободного вращения ротора относительно статора при существенном уменьшении трения в подшипниках.A sign indicating that the bearing assembly of the electric machine "contains magnetic radial and thrust bearings" allows for the possibility of free rotation of the rotor relative to the stator with a significant reduction in friction in the bearings.

Признаки, указывающие, что "на цилиндрической поверхности выступа опорного корпуса статора жестко закреплены составные постоянные магниты одинаковой высоты, каждый из которых содержит, как минимум, три кольцевых постоянных магнита, намагниченных с возможностью образования магнитной схемы Хальбаха, кроме того, на обращенных к ним поверхностях Г-образных цилиндров закреплены составные постоянные магниты одинаковой высоты, каждый из которых содержит, как минимум, три кольцевых постоянных магнита, намагниченных с возможностью образования магнитной схемы Хальбаха, число, размеры, местоположение и направление намагниченности которых подобны числу, размерам, местоположению и направлению намагниченности постоянных магнитов, закрепленных на опорном корпусе статора", позволяют обеспечить создание эффективных радиальных магнитных подшипников электромашины.Signs indicating that "on the cylindrical surface of the protrusion of the stator support housing, composite permanent magnets of the same height are rigidly fixed, each of which contains at least three ring permanent magnets magnetized with the possibility of forming a Halbach magnetic circuit, in addition, on the surfaces facing them L-shaped cylinders are fixed compound permanent magnets of the same height, each of which contains at least three annular permanent magnets magnetized with the possibility of formation I of the Halbach magnetic circuit, the number, size, location and direction of magnetization of which are similar to the number, size, location and direction of magnetization of permanent magnets mounted on the stator support housing, "allow the creation of efficient radial magnetic bearings of an electric machine.

Признаки, указывающие, что "на противоположных торцах выступа опорного корпуса закреплены составные постоянные магниты, каждый из которых содержит, как минимум, три кольцевых коаксиальных постоянных магнита, намагниченных с возможностью образования магнитной схемы Хальбаха, при этом на обращенных к ним поверхностях Г-образных цилиндров закреплены составные постоянные магниты, каждый из которых содержит, как минимум, три кольцевых коаксиальных постоянных магнита, намагниченных с возможностью образования магнитной схемы Хальбаха, число, размеры, местоположение и направление намагниченности которых подобны числу, размерам, местоположению и направлению намагниченности постоянных магнитов, закрепленных на торцах выступа опорного корпуса статора", позволяют обеспечить создание эффективных упорных магнитных подшипников электромашины.Signs indicating that "at the opposite ends of the protrusion of the support body are mounted composite permanent magnets, each of which contains at least three annular coaxial permanent magnets magnetized with the possibility of forming a Halbach magnetic circuit, while on the surfaces of the L-shaped cylinders facing them composite permanent magnets are fixed, each of which contains at least three annular coaxial permanent magnets magnetized with the possibility of forming a Halbach magnetic circuit, including about, the dimensions, location and direction of magnetization of which are similar to the number, size, location and direction of magnetization of permanent magnets mounted on the ends of the protrusion of the stator support housing, "allow the creation of effective thrust magnetic bearings of the electric machine.

Признак, указывающий, что "по меньшей мере, одна из тарелок, образующих корпус ротора, разъемно скреплена с цилиндрической обечайкой", позволяет обеспечить возможность многократной сборки и разборки машины.A sign indicating that "at least one of the plates forming the rotor body is detachably fastened to the cylindrical shell", allows for the possibility of multiple assembly and disassembly of the machine.

На фиг.1 показан продольный разрез машины по оси вращения, а на фиг.2 - поперечный разрез.Figure 1 shows a longitudinal section of the machine along the axis of rotation, and figure 2 is a transverse section.

На чертежах показаны опорный корпус статора 1, сердечник статора 2, пазы 3, катушки 4 обмотки статора, клинья 5, выступ 6, постоянные магниты 7, ферромагнитные полюса 8, тарелки 9, 10, обечайка 11, Г-образные цилиндры 12, 13, составные постоянные магниты 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, цилиндр 22, нажимные листы 23, 24, разрезное кольцо 25 и заглушка 26.The drawings show the stator support housing 1, stator core 2, grooves 3, stator winding coils 4, wedges 5, protrusion 6, permanent magnets 7, ferromagnetic poles 8, plates 9, 10, shell 11, L-shaped cylinders 12, 13, composite permanent magnets 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, cylinder 22, pressure plates 23, 24, split ring 25 and plug 26.

Электромашина содержит опорный корпус статора 1, шихтованный сердечник статора 2 из электротехнической стали, на внешней цилиндрической поверхности которого выполнены пазы 3, в которые уложены катушки 4 обмотки статора и зафиксированы пазовыми клиньями 5. Опорный корпус 1 статора выполнен в виде цилиндрического стакана, средняя часть боковых стенок которого снабжена цилиндрическим выступом 6. Сердечник статора 2 своей внутренней цилиндрической поверхностью располагается на опорном корпусе 1 и жестко связан с ним. При этом статор размещен внутри цилиндрической полости ротора, установленного соосно с продольной осью статора, с возможностью вращения вокруг него. Ротор содержит индуктор, выполненный из постоянных магнитов 7 и ферромагнитных полюсов 8. Корпус ротора выполнен в виде двух, предпочтительно симметричных, тарелок 9, 10 из немагнитного материала, скрепленных с цилиндрической обечайкой 11 и обращенных друг к другу своими полостями, причем суммарная глубина полостей на участке, расположенном ближе к продольной оси статора, больше, чем на периферийном участке корпуса ротора. При этом тарелка 10 разъемно скреплена с цилиндрической обечайкой 11.The electric machine contains a stator support housing 1, a lined stator core 2 made of electrical steel, on the outer cylindrical surface of which grooves 3 are made, in which coils 4 of the stator winding are laid and fixed with slot wedges 5. The stator support housing 1 is made in the form of a cylindrical glass, the middle part of the side the walls of which are provided with a cylindrical protrusion 6. The core of the stator 2 with its inner cylindrical surface is located on the supporting housing 1 and is rigidly connected with it. In this case, the stator is placed inside the cylindrical cavity of the rotor, mounted coaxially with the longitudinal axis of the stator, with the possibility of rotation around it. The rotor comprises an inductor made of permanent magnets 7 and ferromagnetic poles 8. The rotor housing is made in the form of two, preferably symmetrical, plates 9, 10 of non-magnetic material bonded to a cylindrical shell 11 and facing each other with their cavities, and the total depth of the cavities on the section closer to the longitudinal axis of the stator is larger than the peripheral portion of the rotor housing. In this case, the plate 10 is detachably fastened with a cylindrical shell 11.

Индуктор размещен на периферийном участке корпуса ротора и его постоянные магниты 7 трапецеидальной формы и ферромагнитные полюса 8 в форме параллелепипеда выполнены в виде планок, ориентированных вдоль продольной оси ротора, и установлены с образованием составного кольца с чередованием полярности полюсов 8. Постоянные магниты 7 выполнены из материала неодим-железо-бор и намагничены в тангенциальном встречном направлении. Полюса 8 выполнены из материала с высокой магнитной проницаемостью, например, из сплава 48КНФ.The inductor is placed on the peripheral section of the rotor casing and its trapezoidal permanent magnets 7 and the parallelepiped-shaped ferromagnetic poles 8 are made in the form of strips oriented along the longitudinal axis of the rotor and are mounted to form a composite ring with alternating poles 8. The permanent magnets 7 are made of material neodymium-iron-boron and magnetized in the tangential opposite direction. Poles 8 are made of a material with high magnetic permeability, for example, from an alloy 48KNF.

Внешняя поверхность магнитных планок 7 и полюсов 8 уперта в обращенную к ней внутреннюю поверхность цилиндрической обечайки 11, выполненной из немагнитного материала, при этом кромки тарелок 9, 10 корпуса ротора, обращенные к опорному корпусу 1 статора, снабжены Г-образными цилиндрами 12, 13, начальные участки поверхности которых параллельны цилиндрическим стенкам опорного корпуса 1, а конечные параллельны торцам опорного корпуса 1.The outer surface of the magnetic strips 7 and poles 8 is abutted against the inner surface of the cylindrical shell 11 made of non-magnetic material, while the edges of the plates 9, 10 of the rotor housing facing the stator support housing 1 are provided with L-shaped cylinders 12, 13, the initial surface sections of which are parallel to the cylindrical walls of the supporting body 1, and the final parallel to the ends of the supporting body 1.

Электромашина содержит радиальные и упорные магнитные подшипники, расположенные на выступах 6 опорного корпуса 1 статора и соосных с ними Г-образных цилиндрах 12, 13, закрепленных на тарелках 9, 10 корпуса ротора. При этом на цилиндрической поверхности выступа 6 опорного корпуса 1 статора жестко закреплены статорные части составных постоянных магнитов 14, 15 одинакового диаметра и высоты, каждый из которых содержит, как минимум, три кольцевых постоянных магнита, намагниченных с возможностью образования магнитной схемы Хальбаха. На обращенных к ним поверхностях Г-образных цилиндров 12, 13 закреплены роторные части составных постоянных магнитов 16, 17 одинакового диаметра и высоты, каждый из которых содержит, как минимум, три кольцевых постоянных магнита, намагниченных с возможностью образования магнитной схемы Хальбаха, число, размеры, местоположение и направление намагниченности которых подобны числу, размерам, местоположению и направлению намагниченности постоянных магнитов 14, 15, закрепленных на опорном корпусе статора. Составные постоянные магниты 14, 15, 16, 17 образуют радиальные подшипники.The electric machine contains radial and thrust magnetic bearings located on the protrusions 6 of the stator support housing 1 and the L-shaped cylinders 12, 13 coaxial with them, fixed to the plates 9, 10 of the rotor housing. Moreover, on the cylindrical surface of the protrusion 6 of the stator support housing 1, the stator parts of the composite permanent magnets 14, 15 of the same diameter and height are rigidly fixed, each of which contains at least three ring permanent magnets magnetized with the possibility of forming a Halbach magnetic circuit. On the surfaces of the L-shaped cylinders 12, 13 facing them, the rotor parts of the composite permanent magnets 16, 17 of the same diameter and height are fixed, each of which contains at least three ring permanent magnets magnetized with the possibility of forming a Halbach magnetic circuit, number, size , the location and direction of magnetization of which are similar to the number, size, location and direction of magnetization of the permanent magnets 14, 15, mounted on the supporting housing of the stator. Compound permanent magnets 14, 15, 16, 17 form radial bearings.

На противоположных торцах выступа 6 опорного корпуса 1 статора закреплены статорные части составных постоянных магнитов 18, 19, каждый из которых содержит, как минимум, три кольцевых коаксиальных постоянных магнита, намагниченных с возможностью образования магнитной схемы Хальбаха, а на обращенных к ним поверхностях Г-образных цилиндров 12, 13 закреплены роторные части составных постоянных магнитов 20, 21, каждый из которых содержит, как минимум, три кольцевых коаксиальных постоянных магнита, намагниченных с возможностью образования магнитной схемы Хальбаха, число, размеры, местоположение и направление намагниченности которых подобны числу, размерам, местоположению и направлению намагниченности постоянных магнитов 18, 19, закрепленных на торцах выступа 6 опорного корпуса 1 статора.On the opposite ends of the protrusion 6 of the stator support housing 1, the stator parts of the composite permanent magnets 18, 19 are fixed, each of which contains at least three annular coaxial permanent magnets magnetized with the possibility of forming a Halbach magnetic circuit, and on the surfaces facing them are L-shaped cylinders 12, 13 are fixed to the rotor parts of the composite permanent magnets 20, 21, each of which contains at least three annular coaxial permanent magnets magnetized with the possibility of magnetically forming Halbach scheme, the number, size, location and direction of magnetization which are similar to the number, size, location and direction of the magnetization of the permanent magnets 18, 19 attached to the ends of the protrusion 6 of the support body 1 of the stator.

Составные постоянные магниты 18, 19, 20, 21 образуют упорные магнитные подшипники.Compound permanent magnets 18, 19, 20, 21 form thrust magnetic bearings.

Во внутреннее осевое цилиндрическое отверстие опорного корпуса 1 статора установлен и зафиксирован цилиндр 22, с помощью которого статор электромашины соединяется с внешним механизмом.A cylinder 22 is installed and fixed in the inner axial cylindrical hole of the stator support housing 1, by means of which the stator of the electric machine is connected to an external mechanism.

С обеих сторон сердечник статора 2 уперт в нажимные листы 23, 24 и зафиксирован разрезным кольцом 25 на опорном корпусе 1. Тарелка 9 корпуса ротора снабжена заглушкой 26.On both sides of the core of the stator 2 is abutted in the pressure plates 23, 24 and fixed by a split ring 25 on the supporting housing 1. The plate 9 of the rotor housing is equipped with a plug 26.

Собирают сердечник статора 1 из штампованных листов электротехнической стали, прессуют и сваривают по внутренним канавкам. На опорный корпус 1 надевают левый нажимной лист 23, пакет сердечника статора, правый нажимной лист 24 и фиксируют его разрезным кольцом 25. В пазы 3 сердечника укладывают катушки 4 обмотки статора, вставляют пазовые клинья 5. Далее обмотку статора подвергают пропитке компаундами и сушке.The stator core 1 is assembled from stamped sheets of electrical steel, pressed and welded along the internal grooves. The left pressure plate 23, the stator core package, the right pressure sheet 24 are put on the support housing 1 and fixed with a split ring 25. Coils 4 of the stator winding are laid in the grooves 3 of the core, groove wedges are inserted 5. Next, the stator winding is subjected to impregnation with compounds and drying.

Во внутреннее осевое цилиндрическое отверстие опорного корпуса 1 статора устанавливают и фиксируют цилиндр связи 22.In the inner axial cylindrical hole of the stator support housing 1, a coupling cylinder 22 is installed and fixed.

Штамповкой изготавливают левую 9 и правую 10 тарелки корпуса ротора и концентрично приваривают к ним предварительно изготовленные Г-образные цилиндры 12, 13. На их внутренние цилиндрические поверхности устанавливают на клей в ряд обоймы кольцевых постоянных магнитов 16, 17 одинакового диаметра роторных частей радиальных подшипников, а на торцевые поверхности Г-образных цилиндров устанавливают концентрично на клей обоймы коаксиальных кольцевых постоянных магнитов 20, 21 роторных частей упорных подшипников. Аналогично на наружные цилиндрические поверхности выступов 6 опорного корпуса 1 статора устанавливают на клей в ряд кольцевые постоянные магниты 14, 15 одинакового диаметра статорных частей радиальных подшипников, а на торцевые поверхности выступов 6 опорного корпуса 1 устанавливают концентрично на клей кольцевые постоянные магниты 18, 19 статорных частей упорных подшипников. Статорные и роторные части одноименных подшипников должны быть расположены друг против друга. Магниты подшипников изготовлены из материала неодим-железо-бор и намагничены по схеме Хальбаха.By stamping, the left 9 and right 10 plates of the rotor casing are made and the prefabricated L-shaped cylinders 12, 13 are concentrically welded to them. On their inner cylindrical surfaces they are mounted on glue in a row of rings of permanent magnet 16, 17 of the same diameter of the rotor parts of the radial bearings, and on the end surfaces of the L-shaped cylinders are mounted concentrically on glue clips of coaxial annular permanent magnets 20, 21 of the rotor parts of the thrust bearings. Similarly, on the outer cylindrical surfaces of the protrusions 6 of the stator support housing 1, ring permanent magnets 14, 15 of the same diameter of the stator parts of the radial bearings are mounted on the adhesive in a row, and the ring permanent magnets 18, 19 of the stator parts concentrically on the adhesive on the end surfaces of the protrusions 6 of the support housing 1 thrust bearings. The stator and rotor parts of the bearings of the same name must be located against each other. Bearing magnets are made of neodymium-iron-boron material and magnetized according to the Halbach scheme.

Изготавливают постоянные магниты 7 индуктора трапецеидальной формы из материала неодим-железо-бор и намагничивают их в тангенциальном направлении, а полюса в форме параллелепипеда изготавливают из материала с высокой магнитной проницаемостью, например, из сплава 48 КНФ.Permanent magnets 7 of a trapezoidal inductor are made of neodymium-iron-boron material and magnetized in the tangential direction, and parallelepiped-shaped poles are made of a material with high magnetic permeability, for example, from 48 CNF alloy.

Тарелку 9 соединяют с цилиндрической обечайкой 11, например, сваркой. В кольцевую полость, образованную обечайкой 11 и периферийным участком тарелки 9 корпуса ротора, устанавливают на клей постоянные магниты 7 индуктора и ферромагнитные полюса 8 с чередованием намагниченности магнитов согласно фиг.2. Получается индуктор в виде составного магнитного кольца с тангенциальным намагничиванием.Plate 9 is connected to a cylindrical shell 11, for example, by welding. In the annular cavity formed by the shell 11 and the peripheral portion of the plate 9 of the rotor housing, the permanent magnets 7 of the inductor and the ferromagnetic poles 8 with alternating magnetization of the magnets according to FIG. 2 are installed on the adhesive. The result is an inductor in the form of a composite magnetic ring with tangential magnetization.

В полость, образованную тарелкой 9 корпуса ротора и индуктором, вставляют опорный корпус 1 в сборе с обмотанным статором, цилиндром связи 22 и постоянными магнитами 14, 15 радиальных подшипников и магнитами 18, 19 упорных подшипников. В заключение устанавливают тарелку 10 корпуса ротора с магнитами 16, 17 радиальных подшипников и магнитами 20, 21 упорных подшипников. Тарелку 10 корпуса ротора скрепляют винтами с обечайкой 11.In the cavity formed by the plate 9 of the rotor housing and the inductor, insert the support housing 1 complete with a wound stator, a coupling cylinder 22 and permanent magnets 14, 15 of radial bearings and magnets 18, 19 of the thrust bearings. In conclusion, set the plate 10 of the rotor housing with magnets 16, 17 of radial bearings and magnets 20, 21 of thrust bearings. The plate 10 of the rotor housing is fastened with screws with a shell 11.

Электромашина может работать как синхронная вентильная в режимах генератора и двигателя. Машина возбуждается индуктором из постоянных магнитов.The electric machine can operate as a synchronous valve in the generator and engine modes. The machine is excited by a permanent magnet inductor.

В режиме генератора ротор приводится в движение внешним двигателем, например ветротурбиной или гидротурбиной. В обмотке статора наводится ЭДС (и электроэнергия), которую можно использовать непосредственно или после преобразования с помощью полупроводникового преобразователя частоты.In generator mode, the rotor is driven by an external engine, such as a wind turbine or a hydraulic turbine. EMF (and electricity) is induced in the stator winding, which can be used directly or after conversion using a semiconductor frequency converter.

В режиме синхронного двигателя обмотку статора необходимо подключать к внешней сети через полупроводниковый преобразователь частоты. При взаимодействии магнитного поля тока статора с полем индуктора создается электромагнитный момент, и двигатель может работать при синхронной скорости. При использовании датчика положения ротора двигатель работает как вентильный.In synchronous motor mode, the stator winding must be connected to an external network through a semiconductor frequency converter. When the magnetic field of the stator current interacts with the inductor field, an electromagnetic moment is created, and the motor can operate at synchronous speed. When using the rotor position sensor, the engine operates as a valve.

Claims

1. An electric machine containing a lined stator core, provided with grooves in which the winding coils are located, and a rotor comprising a housing and an inductor comprising a bearing assembly, characterized in that the outer surface of the stator is cylindrical in shape, while it is placed in the cylindrical cavity of the rotor, mounted coaxially with the longitudinal axis of the stator, with the possibility of rotation around it, while the grooves of the stator, in which the winding coils are laid, are placed on the outside of the stator and open to the surface of the qi of the rotor cavity, and the winding coils are fixed in the grooves of the stator by wedges, in addition, the stator core is made with a hole coaxial with its longitudinal axis, with which it is worn on a support housing made, preferably, of non-magnetic material, with the outer surface of which the stator core is rigidly fastened, while the supporting body is made in the form of a cylindrical glass, the middle part of the side walls of which is provided with a cylindrical protrusion, and the rotor housing is made in the form of two, preferably symmetrical plates, facing each other with their cavities, preferably made of non-magnetic material, fastened to a cylindrical shell, and the total depth of the cavities in the section closer to the longitudinal axis of the stator is greater than in the peripheral section of the rotor housing, in addition, the inductor is placed on the peripheral portion of the rotor housing and contains trapezoidal strips oriented along the longitudinal axis of the rotor, made of tangentially magnetized permanent magnets, alternating with poles, made in the form of a parallelepiped made of a material with high magnetic permeability, in addition, the outer surface of the magnetic strips and poles is abutted against the inner surface of the cylindrical shell made of non-magnetic material, while the edges of the plates of the rotor casing facing the stator support casing are provided with -shaped cylinders, the initial surface sections of which are parallel to the cylindrical walls of the supporting housing, and the final parallel to the ends of the supporting housing, in addition, bearing The electric machine contains magnetic radial and thrust bearings, while on the cylindrical surface of the protrusion of the stator support housing, composite permanent magnets of the same height are rigidly fixed, each of which contains at least three ring permanent magnets magnetized with the possibility of forming a Halbach magnetic circuit, in addition, on the surfaces of the L-shaped cylinders facing them, fixed permanent magnets of the same height are fixed, each of which contains at least three ring constants of magnets magnetized with the possibility of forming a Halbach magnetic circuit, the number, size, location and direction of magnetization of which are similar to the number, size, location and direction of magnetization of the permanent magnets mounted on the stator support housing, in addition to which, on the opposite ends of the protrusion of the support housing are fixed constants magnets, each of which contains at least three annular coaxial permanent magnets magnetized with the possibility of forming a Halbach magnetic circuit and, at the same time, composite permanent magnets are fixed on the surfaces of the L-shaped cylinders facing them, each of which contains at least three annular coaxial permanent magnets magnetized with the possibility of forming a Halbach magnetic circuit, the number, size, location and direction of magnetization of which are similar the number, size, location and direction of magnetization of permanent magnets mounted on the ends of the protrusion of the stator support housing.

2. The electric machine according to claim 1, characterized in that at least one of the plates forming the rotor housing is detachably fastened to a cylindrical shell.