Классификация бесконтактных электрических машин и их физическая структура, страница 3

проводники якорной обмотки, а зубцы обеспечивают уменьшение расчетного немагнитного рабочего зазора между статором и рото­ром, причем конструктивный зазор между вершинами зубцов ста­тора и ротором обычно выбирается минимально возможным в от­личие от обычных синхронных машин. Если же в машине исполь­зуются высококоэрцитивные магниты на базе РЗМ (типа 5тСо5), то внутренняя поверхность сердечника статора может выполнять­ся как с пазами, так и без них (гладкой); в последнем случае обмотку якоря укладывают на внутреннюю поверхность статора сплошным слоем (рис. 2.19, в). Такую конструкцию якоря назы­вают беспазово^ Возможность ее реализации определяется тем, что при определенных условиях (см. § 2.7) показатели СМ с маг­нитами из РЗМ становятся малочувствительными к значению б. Применение беспазовой конструкции якоря позволяет в ряде слу­чаев повысить линейные нагрузки в якорной обмотке и улучшить массогабаритные показатели машины. Однако крепление ОЯ при этом существенно усложняется, поскольку в отличие от обычной конструкции, где электромагнитные силы действуют в основном на зубцы, в беспазовом якоре эти силы действуют непосредственно на ОЯ. Обмотка якоря на статоре может закрепляться высоко­прочными клеями или с помощью штифтов в расточке статора, на которые она насаживается. Возможна укладка ОЯ в специаль­ные неглубокие технологические пазы. В некоторых случаях ОЯ изготовляется в виде замоноличенного цилиндра, на который на-

матывается из магнитомягкой проволоки сердечник статора, одна­ко его магнитное сопротивление при этом существенно возрастает. Основная специфика синхронных машин с ПМ связана с кон­струкцией ротора, несущего постоянные магниты. Рассмотрим наиболее распространенные конструкции роторов.

Звездообразный ротор. Типичная конструкция звездообразного ротора (рис. 2.20, а) содержит литой по­стоянный магнит в форме звездочки 1, который крепится на валу с помощью заливки немагнитным сплавом 2 (на ос­нове цинка или алюминия). Магнит мо­жет непосредственно отливаться на ва­лу. Достоинства ротора — простота и высокая степень заполнения его объема магнитом.

Однако такая конструкция ротора об­ладает и серьезными недостатками. Во-первых, ротор имеет низкую механиче­скую прочность из-за хрупкости магни-тотвердых сплавов и остаточных меха­нических напряжений при отливке. По­этому максимально допустимые окруж­ные скорости ротора составляют 40...50 м/с. Если заданы частота тока и, следо­вательно, частота вращения ротора, то ограничение по скорости приводит к ог­раничению по максимальному диаметру ротора и соответственно по максималь­ной МДС магнита и по предельной мощ­ности машины. Поэтому ротор-звездоч­ку применяют обычно при относительно малых мощностях машины (доЮкВ-А). Во-вторых, рабочие индукции для ротора не превышают 0,2 ...0,4 Тл. Это ограничение связано с тем, что ротор слабо защищен от внешних размагничивающих воздейст­вий (например, при коротком замыкании генератора) и рабочая точка магнита должна находиться на низколежащей линии воз­врата с достаточным удалением от основной кривой размагничи­вания (см. §.2.3). В-третьих, ротор обладает способностью намаг­ничиваться поперечной реакцией якоря. На рис. 2.20 пунктиром показана линия магнитной индукции поперечной реакции якоря Ва^, создаваемой МДС Рац- Так как материал ротора магнито-твердый, то после снятия Ра^ он остается намагниченным в попе­речном направлении (полюсы N' и 5') в течение неопределенного времени. Подобное намагничивание искажает основное поле ма­шины и может нарушить ее нормальную работу. В-четвертых, процесс намагничивания звездообразных магнитов сложный, при-

чем спинка звездочки обычно намагничивается не полностью, по­этому может являться балластным участком, ухудшающим исполь­зование магнита.

Если звездообразный ротор используется в двигателе, то обыч­но на нем размещается короткозамкнутая обмотка для обеспече­ния асинхронного пуска. Одна из конструкций такого ротора приведена на рис. 2.20, б. Пусковая обмотка содержит продольные стержни / (медные или алюминиевые), закрепленные по торцам в кольцах 2 и уложенные в пазы пакета 3. Пакет состоит из от­дельных секторов, скрепленных стержнями 1 и кольцами 2. Каж­дый сектор примыкает к полюсу звездообразного ротора 4.

Рис. 2.21. Когтеобразный ротор с постоянным магнитом (а) и сдвоенный когтеобразный ротор (б)

В двигателях также применяют конструкции ротора, в котором ПМ и пусковая короткозамкнутая обмотка со стальным пакетом примыкают друг к другу не радиально, а вдоль оси, что позволяет уменьшить диаметр активной зоны.

При двухполюсных магнитах можно применять безвальную конструкцию ротора (рис. 2.20, а). На цельнолитой магнит ./ на­прессовывается оболочка 2, к которой с двух сторон приваривают­ся торцовые пластины 3 с соосными полувалами 4.

Когтеобразный ротор. Когтеобразный ротор (рис. 2.21, а) со­стоит из цилиндрического постоянного магнита 1, к торцам кото­рого примыкают шайбы 2 и 4 из магнитомягкой стали, имеющие когтеобразные выступы 3 и 5. Выступы левой шайбы чередуются по окружности с выступами правой шайбы. Каждая шайба и ее выступы приобретают магнитную полярность сопряженного с ними полюса магнита, поэтому когтеобразные выступы по отношению к статору образуют систему полюсов с чередующейся полярностью, как в обычном синхронном генераторе. На рис. 2.21 показаны ли­нии магнитной индукции для рабочего потока Фд и потока рассея­ния Фа; поток Фо тем больше, чем меньше азимутальный зазор между выступами.

Главным достоинством ротора является то, что постоянный магнит защищен магнитомягкими элементами от внешних полей (см. § 2.5), а его первоначальное намагничивание осуществляется в собранном виде внешним однородным полем. Поэтому степень использования магнита достаточно высокая и рабочие индукции 5б» 0,6 ...0,7 Тл. Кроме того, магнит имеет простую форму и рас­положен вблизи центра ротора, что позволяет реализовать окруж­ные скорости ротора до 80...100 м/с, поскольку наружные магни-томягкие элементы обладают достаточной механической проч­ностью. Поэтому мощность машин с когтеобразным ротором мо­жет достигать 10...20 кВ-А.