RU2779449C1 - Inductor for magnetization of multi-pole rotor magnets - Google Patents

Inductor for magnetization of multi-pole rotor magnets Download PDF

Info

Publication number
RU2779449C1
RU2779449C1 RU2021137490A RU2021137490A RU2779449C1 RU 2779449 C1 RU2779449 C1 RU 2779449C1 RU 2021137490 A RU2021137490 A RU 2021137490A RU 2021137490 A RU2021137490 A RU 2021137490A RU 2779449 C1 RU2779449 C1 RU 2779449C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
inductor
magnetization
tires
rotor magnets
pole
Prior art date
Application number
RU2021137490A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Иванович Клевец
Сергей Юрьевич Герасимов
Павел Анатольевич Иванченко
Original Assignee
Акционерное Общество "Завод "Фиолент"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное Общество "Завод "Фиолент" filed Critical Акционерное Общество "Завод "Фиолент"
Application granted granted Critical
Publication of RU2779449C1 publication Critical patent/RU2779449C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, in particular to devices for magnetizing multi-pole rotor magnets. Inductor for magnetization of multipole rotor magnets contains a body made of non-magnetic and non-conductive material and conductive bars connected in series. Tires in the radial section have the shape of crescents. The inner boundaries of the tire section are arcs of circles, the radius of which coincides with the radius of the working area of ​​the inductor, and the outer boundaries are arcs of circles with centers coinciding with the midpoints of the inner boundaries of the tires and radii equal to the chords drawn from the middle of the inner boundaries to their edges.
EFFECT: increasing the efficiency of magnetization of multi-pole rotor magnets.
1 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для намагничивания многополюсных магнитов, используемых в электрических машинах, радиальных магнитных муфтах и магнитных редукторах.The invention relates to electrical engineering, in particular to devices for magnetizing multi-pole magnets used in electrical machines, radial magnetic couplings and magnetic gearboxes.

Многополюсные роторные магниты должны создавать в рабочем зазоре электрической машины максимально возможное магнитное поле. Отклонение нормальной компоненты поля в радиальном сечении рабочего зазора электрической машины от синусоиды приводит к снижению эффективности ее работы, выражающейся в увеличении потерь на вихревые токи и гистерезис (снижению КПД), увеличению пульсаций вращающего момента двигателя и ЭДС генератора, механических нагрузок на элементы машины, вибраций и шума, создаваемого машиной. В связи с этим многополюсные роторные магниты целесообразно намагничивать таким образом, чтобы создаваемые ими поля имели нормальную компоненту, распределенную по синусоидальному закону в рабочем зазоре машины.Multi-pole rotor magnets must create the maximum possible magnetic field in the working gap of the electric machine. The deviation of the normal component of the field in the radial section of the working gap of the electrical machine from the sinusoid leads to a decrease in the efficiency of its operation, which is expressed in an increase in losses due to eddy currents and hysteresis (a decrease in efficiency), an increase in the pulsations of the engine torque and generator EMF, mechanical loads on the machine elements, vibrations and the noise generated by the machine. In this regard, it is advisable to magnetize multipole rotor magnets in such a way that the fields they create have a normal component distributed according to a sinusoidal law in the working gap of the machine.

Известно устройство для намагничивания и термомагнитной обработки многополюсных магнитов содержащее токопроводящие стержни, установленные параллельно оси обрабатываемого магнита [Индуктор для намагничивания и термомагнитной обработки n-полюсных с четным числом полюсов роторов электрических машин: а.с. 1334193 А СССР, №3871024/24-07 / Стадник И.П., Клевец Н.И., Баев А.В. и Гриднев А.И.; заявл. 21.03.85; опубл. 30.08.87. Бюл. 32. 3 с.].A device for magnetization and thermomagnetic processing of multi-pole magnets containing conductive rods installed parallel to the axis of the processed magnet [Inductor for magnetization and thermomagnetic processing of n-pole with an even number of poles of the rotors of electrical machines: and.with. 1334193 A USSR, No. 3871024 / 24-07 / Stadnik I.P., Klevets N.I., Baev A.V. and Gridnev A.I.; dec. 03/21/85; publ. 08/30/87. Bull. 32. 3 p.].

Данное устройство предназначено для намагничивания многополюсных магнитов в направлении, обеспечивающем максимальный магнитный поток на полюсы статора. При такой ориентации намагниченности многополюсных магнитов не обеспечивается синусоидальное распределение поля магнита в рабочем зазоре машины.This device is designed to magnetize multi-pole magnets in a direction that provides maximum magnetic flux to the stator poles. With such an orientation of the magnetization of multi-pole magnets, a sinusoidal distribution of the magnet field in the working gap of the machine is not ensured.

Известен индуктор для намагничивания многополюсных роторных магнитов [Multipolar magnetizing device for permanent magnets: p. 4470031 US / Steingroever et al.; filed Sep. 28, 1982. 8 p.], состоящий из токопроводящих стержней кругового сечения, установленных параллельно оси индуктора и равномерно распределенных по окружности. Индуктор также содержит цилиндрические стержни из магнитно-мягкого материала, расположенные между токопроводящими стержнями для усиления магнитного потока, создаваемого токами, текущими в проводниках устройства.Known inductor for magnetizing multi-pole rotary magnets [Multipolar magnetizing device for permanent magnets: p. 4470031 US / Steingroever et al.; filed Sep. 28, 1982. 8 p.], consisting of conductive rods of circular cross section, installed parallel to the axis of the inductor and evenly distributed around the circumference. The inductor also contains cylindrical rods of soft magnetic material located between the conductive rods to enhance the magnetic flux created by the currents flowing in the conductors of the device.

Данное устройство не обеспечивает намагничивания многополюсных магнитов в направлении, при котором магнит создает в рабочем зазоре электрической машины поле с синусоидально распределенной нормальной компонентой.This device does not provide magnetization of multipole magnets in the direction in which the magnet creates a field with a sinusoidally distributed normal component in the working gap of the electric machine.

Известен индуктор для термомагнитной обработки и намагничивания многополюсных роторных магнитов, состоящий из токопроводящих стержней, установленных параллельно оси индуктора на одинаковом расстоянии от нее [Индуктор для намагничивания и термомагнитной обработки многополюсных магнитов: а.с. 1791858 А1 СССР, №4671380/07 / Стадник И.П., Горская И.Ю.; заявл. 28.02.89; опубл. 30.01.93, Бюл. 4. 4 с.], выбранный за прототип.Known inductor for thermomagnetic processing and magnetization of multi-pole rotor magnets, consisting of conductive rods installed parallel to the axis of the inductor at the same distance from it [Inductor for magnetization and thermomagnetic processing of multi-pole magnets: a.s. 1791858 A1 USSR, No. 4671380/07 / Stadnik I.P., Gorskaya I.Yu.; dec. 02/28/89; publ. 30.01.93, Bull. 4. 4 p.], chosen as a prototype.

Данный индуктор недостаточно эффективно намагничивает многополюсные роторные магниты в направлении, при котором магнит создает в рабочем зазоре электрической машины поле с синусоидально распределенной нормальной компонентой.This inductor does not effectively magnetize multipole rotor magnets in the direction in which the magnet creates a field with a sinusoidally distributed normal component in the working gap of the electric machine.

Цель изобретения - повышение эффективности намагничивания многополюсных роторных магнитов, создающих поле, распределенное по синусоидальному закону.The purpose of the invention is to increase the efficiency of magnetization of multi-pole rotor magnets that create a field distributed according to a sinusoidal law.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в уменьшении отклонения ориентации намагниченности многополюсных роторных магнитов от направления, обеспечивающего синусоидальное распределение нормальной компоненты поля магнита в рабочем зазоре машины.The technical problem solved by the invention is to reduce the deviation of the orientation of the magnetization of multi-pole rotor magnets from the direction that provides a sinusoidal distribution of the normal component of the magnet field in the working gap of the machine.

Решение поставленной задачи достигается тем, что индуктор содержит N токопроводящих шин, форма сечения которых представляет собой полумесяц. При этом, внутренняя граница сечения каждой шины имеет форму дуги окружности длиной πD/N (D - диаметр рабочей области индуктора), центр которой совпадает с центром сечения индуктора; внешние границы сечения шин имеют форму дуги окружности, центр которой совпадает с центром внутренней границы, а радиус равен хорде, соединяющей центр внутренней дуги с ее концом. Шины распределены равномерно по окружности с небольшим зазором для изоляции.The solution of the problem is achieved by the fact that the inductor contains N conductive tires, the cross-sectional shape of which is a crescent. In this case, the inner boundary of the section of each tire has the shape of a circular arc of length πD/N (D is the diameter of the working area of the inductor), the center of which coincides with the center of the section of the inductor; the outer boundaries of the tire section are in the form of an arc of a circle, the center of which coincides with the center of the inner boundary, and the radius is equal to the chord connecting the center of the inner arc with its end. The tires are evenly distributed around the circumference with little clearance for insulation.

На фиг. 1 показано радиальное сечение четырехполюсного индуктора, где использованы следующие обозначения: 1 - токопроводящие шины, 2 - корпус индуктора, выполненный из немагнитного электроизоляционного материала, например текстолита, предназначенный для фиксации положения шин, 3 - намагничиваемый образец (четырехполюсный магнит, N=4). Точками и крестиками показано направление тока в шинах индуктора в рабочем состоянии.In FIG. 1 shows a radial section of a four-pole inductor, where the following designations are used: 1 - conductive tires, 2 - an inductor case made of non-magnetic electrical insulating material, for example, textolite, designed to fix the position of the tires, 3 - a magnetizable sample (four-pole magnet, N = 4). Dots and crosses show the direction of the current in the inductor tires in working condition.

Во всех шинах индуктора в момент его работы должны течь одинаковые по величине токи. Наиболее простой способ обеспечения этого требования - последовательное соединение шин "змейкой". При этом концы двух шин следует использовать для подключения источника питания индуктора.In all tires of the inductor at the time of its operation, currents of the same magnitude must flow. The simplest way to meet this requirement is to connect tires in series with a "snake". In this case, the ends of the two tires should be used to connect the power source of the inductor.

Шины индуктора должны быть распределены по окружности с равными промежутками для обеспечения симметричного N-полюсного намагничивания магнита.The busbars of the inductor must be distributed around the circumference at regular intervals to ensure symmetrical N-pole magnetization of the magnet.

На фиг. 2 показан общий вид индуктора.In FIG. 2 shows a general view of the inductor.

Индуктор изготавливают следующим образом. Из материала с высоким значением электрической проводимости, например, из меди, изготавливают токопроводящую систему, состоящую из N шин. Шины соединяют "змейкой", причем, начало первой шины и конец последней, присоединяют к источнику питания индуктора.The inductor is made as follows. A conductive system consisting of N busbars is made from a material with a high electrical conductivity, such as copper. The tires are connected by a "snake", and the beginning of the first bus and the end of the last are connected to the power source of the inductor.

Из немагнитного и неэлектропроводящего прочного материала, например, компаунда на основе эпоксидной смолы, изготавливают корпус индуктора, который необходим для фиксации шин в требуемом положении, т.к. при протекании тока по шинам между ними возникают электромагнитные силы, которые стремятся изменить положение шин относительно друг друга. Осевая длина индуктора должна быть больше осевого размера намагничиваемого многополюсного магнита.A non-magnetic and non-conductive durable material, for example, an epoxy resin compound, is used to make an inductor housing, which is necessary to fix the busbars in the desired position, because. when current flows through the tires, electromagnetic forces arise between them, which tend to change the position of the tires relative to each other. The axial length of the inductor must be greater than the axial size of the magnetizable multi-pole magnet.

Индуктор работает следующим образом. В отверстие вставляют намагничиваемый образец. Между образцом и корпусом индуктора должен быть технологический зазор, необходимый и достаточный для размещения и извлечения образца, который должен плотно входить в рабочую область индуктора. По проводникам индуктора пропускают импульс тока, требуемые величина и длительность которого зависят от материала намагничиваемого образца, числа полюсов и объема образца. Обычно требуется длительность импульса порядка нескольких миллисекунд [Нестерин В.А. Оборудование для импульсного намагничивания и контроля постоянных магнитов. М.: Энергоатомиздат, 1986. 88 с.].The inductor works as follows. A magnetizable sample is inserted into the hole. Between the sample and the body of the inductor there must be a technological gap that is necessary and sufficient for placing and removing the sample, which must fit tightly into the working area of the inductor. A current pulse is passed through the conductors of the inductor, the required value and duration of which depend on the material of the magnetized sample, the number of poles and the volume of the sample. Typically, a pulse duration of the order of several milliseconds is required [Nesterin V.A. Equipment for impulse magnetization and control of permanent magnets. M.: Energoatomizdat, 1986. 88 p.].

Намагниченный многополюсный магнит извлекается из индуктора.The magnetized multi-pole magnet is removed from the inductor.

В связи с тем, что шины индуктора представляют собой сплошные проводники тока относительно большого размера, в импульсном режиме работы может наблюдаться ярко выраженное неравномерное распределение тока по сечению шины (скин-эффект). Это приведет к тому, что распределение намагничивающего поля в рабочей области индуктора будет отклоняться от требуемого. Для устранения этого эффекта и обеспечения качественного намагничивания многополюсных магнитов, шины изготавливают из параллельно соединенных проводников одинакового размера. Шины также можно изготовить из плетеного провода.Due to the fact that the inductor busbars are continuous current conductors of a relatively large size, in the pulsed mode of operation, a pronounced uneven current distribution over the busbar cross section (skin effect) can be observed. This will lead to the fact that the distribution of the magnetizing field in the working area of the inductor will deviate from the required one. To eliminate this effect and ensure high-quality magnetization of multi-pole magnets, tires are made from conductors of the same size connected in parallel. Tires can also be made from braided wire.

Намагничивание многополюсных постоянных магнитов в предлагаемом индукторе обеспечивает ориентацию вектора намагниченности магнитов близкую к ориентации, задаваемой следующей формулой [Многополюсный магнит: а.с. 662979 СССР, №2302336/24-07 / Рабинович Я.Д.; заявл. 23.12.75; опубл. 15.05.79, Бюл. 18. 2 с.]:The magnetization of multi-pole permanent magnets in the proposed inductor provides the orientation of the magnetization vector of the magnets close to the orientation given by the following formula [Multi-pole magnet: a.s. 662979 USSR, No. 2302336/24-07 / Rabinovich Ya.D.; dec. 12/23/75; publ. 05/15/79, Bull. 18. 2 p.]:

Figure 00000001
Figure 00000001

где α - угловая координата точки наблюдения в радиальном сечении многополюсного магнита. При ориентации намагниченности под углом β, многополюсный магнит создает в рабочей области машины поле, нормальная компонента которого распределена над полюсом по синусоидальному закону.where α is the angular coordinate of the observation point in the radial section of the multipole magnet. When the magnetization is oriented at an angle β, the multipole magnet creates a field in the working area of the machine, the normal component of which is distributed over the pole according to a sinusoidal law.

Для количественной оценки отклонения намагничивающего поля индуктора от задаваемого формулой (1), можно использовать относительное среднеквадратичное отклонение поля индуктора от идеального поля, вычисляемое по формуле:To quantify the deviation of the magnetizing field of the inductor from that given by formula (1), you can use the relative root-mean-square deviation of the inductor field from the ideal field, calculated by the formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

где S - площадь сечения магнита,where S is the cross-sectional area of the magnet,

Jxo, Jyo - компоненты вектора намагниченности идеально намагниченного магнита, вычисляемые по формулам:Jxo, Jyo - components of the magnetization vector of a perfectly magnetized magnet, calculated by the formulas:

Figure 00000003
Figure 00000003

Jxi, Jyi - компоненты вектора намагниченности магнита, намагниченного в предлагаемом индукторе. Эти компоненты намагниченности вычисляются по следующим формулам:Jxi, Jyi - components of the magnetization vector of the magnet, magnetized in the proposed inductor. These magnetization components are calculated using the following formulas:

Figure 00000004
Figure 00000004

где

Figure 00000005
- поле индуктора в радиальном сечении рабочей области (магнита),where
Figure 00000005
- field of the inductor in the radial section of the working area (magnet),

μ0 - магнитная постоянная,μ 0 - magnetic constant,

ST - площадь сечения токопроводящих шин,S T - cross-sectional area of conductive tires,

Figure 00000006
- вектор плотности тока в шинах индуктора.
Figure 00000006
is the current density vector in the inductor busbars.

В формуле (2) вектор намагниченности в обоих случаях должен быть нормирован на единицу, чтобы разность компонент определялась только ориентацией векторов. Формулы (3), (4) обеспечивают выполнение этого требования. При расчете поля индуктора плотность тока в шинах можно положить равной 1 А/м2.In formula (2), the magnetization vector in both cases must be normalized to unity so that the difference between the components is determined only by the orientation of the vectors. Formulas (3), (4) ensure that this requirement is met. When calculating the field of the inductor, the current density in the tires can be set equal to 1 A/m 2 .

В таблице 1 приведены результаты расчета относительного среднеквадратичного отклонения поля прототипа и предлагаемого индуктора от идеального (по ориентации) для различных значений полюсов по формулам (2)-(4). Прототипу соответствуют индексы 1, предлагаемому изобретению - 2.Table 1 shows the results of calculating the relative standard deviation of the field of the prototype and the proposed inductor from the ideal (by orientation) for different values of the poles according to formulas (2)-(4). The prototype corresponds to indices 1, the proposed invention - 2.

Figure 00000007
Figure 00000007

Из данных Таблицы 1 следует, что предлагаемый индуктор при числе полюсов N=2, 4, 6 создает в рабочей области намагничивающее поле, которое отклоняется от требуемого по ориентации, существенно меньше, чем поле прототипа (см. Таблицу 1, Δ1 и Δ2). Это приводит к значительно меньшему отклонению нормальной компоненты поля магнита от синусоидального, чем у прототипа (см. Таблицу 1, ΔB1 и ΔВ2). Причем, положительный эффект в случае магнитов с малым числом полюсов, которые наиболее часто используются на практике, выражен наиболее сильно.From the data of Table 1 it follows that the proposed inductor with the number of poles N=2, 4, 6 creates a magnetizing field in the working area, which deviates from the required orientation, significantly less than the field of the prototype (see Table 1, Δ 1 and Δ 2 ). This leads to a much smaller deviation of the normal component of the magnet field from the sinusoidal than the prototype (see Table 1, ΔB 1 and ΔB 2 ). Moreover, the positive effect in the case of magnets with a small number of poles, which are most often used in practice, is most pronounced.

На фиг. 3 показаны нормальные компоненты поля уединенного четырехполюсного роторного магнита, намагниченного в соответствии с формулой (1) (сплошная линия - синусоида), индуктором-прототипом (штрихпунктирная линия) и предлагаемым индуктором (штрихованная линия). Относительные среднеквадратичные отклонения полей магнитов от синусоиды равны 12,0% у намагниченного прототипом, и 2,8% - у намагниченного предлагаемым индуктором.In FIG. 3 shows the normal components of the field of a solitary four-pole rotor magnet magnetized in accordance with formula (1) (solid line - sinusoid), prototype inductor (dashed line) and the proposed inductor (dashed line). The relative root-mean-square deviations of the magnet fields from the sinusoid are 12.0% for the magnetized prototype, and 2.8% for the magnetized by the proposed inductor.

Таким образом, использование предлагаемого индуктора обеспечивает существенно лучшее, чем прототип, качество намагничивания многополюсных роторных магнитов.Thus, the use of the proposed inductor provides significantly better than the prototype, the quality of the magnetization of multi-pole rotor magnets.

Claims (1)

Индуктор для намагничивания многополюсных роторных магнитов, содержащий корпус, выполненный из немагнитного и неэлектропроводящего материала, и токопроводящие шины, соединенные последовательно, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности намагничивания магнитов шины в радиальном сечении имеют форму полумесяцев, внутренние границы которых являются дугами окружностей, радиус которых совпадает с радиусом рабочей области индуктора, а внешние границы являются дугами окружностей с центрами, совпадающими с серединами внутренних границ шин и радиусами, равными хордам, проведенным из середины внутренних границ к их краям.An inductor for magnetizing multipole rotor magnets, comprising a body made of a non-magnetic and non-conductive material, and conductive tires connected in series, characterized in that, in order to increase the efficiency of magnetization of the magnets, the tires in the radial section have the shape of crescents, the inner boundaries of which are arcs of circles, radius which coincides with the radius of the working area of the inductor, and the outer boundaries are arcs of circles with centers coinciding with the midpoints of the inner boundaries of the tires and radii equal to the chords drawn from the middle of the inner boundaries to their edges.
RU2021137490A 2021-12-16 Inductor for magnetization of multi-pole rotor magnets RU2779449C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2779449C1 true RU2779449C1 (en) 2022-09-07

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4470031A (en) * 1982-04-17 1984-09-04 Erich Steingroever Multipolar magnetizing device for permanent magnets
SU1334193A1 (en) * 1985-03-21 1987-08-30 Симферопольский государственный университет им.М.В.Фрунзе Field structure for magnetizing and thermal treatment of n-pole with even-numbered pole rotors of electric machines
RU2217828C2 (en) * 2001-05-28 2003-11-27 ОАО "Научно-производственное объединение "Магнетон" Method for reversal magnetization of multipole permanent magnets and magnetic systems
RU2609132C2 (en) * 2012-11-30 2017-01-30 Леонид Викторович Фолимонов Inducer of linear electromagnetic generator with excitation mainly from permanent magnets

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4470031A (en) * 1982-04-17 1984-09-04 Erich Steingroever Multipolar magnetizing device for permanent magnets
SU1334193A1 (en) * 1985-03-21 1987-08-30 Симферопольский государственный университет им.М.В.Фрунзе Field structure for magnetizing and thermal treatment of n-pole with even-numbered pole rotors of electric machines
RU2217828C2 (en) * 2001-05-28 2003-11-27 ОАО "Научно-производственное объединение "Магнетон" Method for reversal magnetization of multipole permanent magnets and magnetic systems
RU2609132C2 (en) * 2012-11-30 2017-01-30 Леонид Викторович Фолимонов Inducer of linear electromagnetic generator with excitation mainly from permanent magnets

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20120280590A1 (en) Ac generator
KR20010102036A (en) An electric multipole motor/generator with axial magnetic flux
KR100641123B1 (en) Self-magnetizing motor improving magnetization
US9325232B1 (en) Method and apparatus for power generation
CN112292803B (en) Rotor and rotating electrical machine
RU2779449C1 (en) Inductor for magnetization of multi-pole rotor magnets
RU2785757C1 (en) Inductor for magnetising multipole magnets
US11025120B2 (en) Single-phase brushless high-speed motor
CN107660323B (en) Polyphase transverse flux machine
CN109474087B (en) Single-pole motor
RU2789536C1 (en) Device for magnetization of multipole stator magnets
RU2784485C1 (en) Inductor for magnetization of multi-pole cylindrical magnets
WO2007050620A3 (en) Ac generator and method
Kalmykov et al. A brushless electric motor with a transverse magnetic flux and disk rotor
CN113131645A (en) Rotor structure and motor with same
RU116714U1 (en) MAGNETO-DISK MACHINE
US7687960B2 (en) Pigtailed stator windings for electrical generator
KR100690685B1 (en) Self-magnetizing motor comprising separable exciting pole
US20040021387A1 (en) Homopolar generator
CN210327173U (en) Generator
RU2747885C1 (en) Rotor magnetic system
US6836202B1 (en) Magnetizer having permanent magnet in a shape of a hemisphere, a hemispherical shell, or a sphere
RU1791858C (en) Work-coil for thermal magnetic treatment and magnetization of multipole rotor magnets
CN206180741U (en) Motor
KR100652601B1 (en) Self-magnetizing motor improving magnetization