Классификация бесконтактных электрических машин и их физическая структура, страница 4

Рис. 2.22. Роторы с призматическими магнитами с радиальным (а) и тан­генциальным (б) намагничиванием

Недостатки ротора — пониженная степень заполнения его объе­ма постоянным магнитом, возможность отгиба концов когтеобраз-ных выступов из-за центробежных сил, повышенные радиальные размеры. Последнее определяется тем, что машины с таким рото­ром относятся к классу машин с радиально-осевым потоком (см. § 1.3 и 3.2) и их диаметр должен быть достаточным, чтобы вдоль оси машины мог пройти рабочий поток всех полюсных выступов одной полярности.

Показатели ротора с когтеобразными полюсами могут быть улучшены в конструкции с „параллельным включением двух ци­линдрических магнитов, как показано на .рис. 2.21, б (сдвоенный когтеобразный ротор). В такой конструкции можно примерно вдвое уменьшить поток каждого магнита и сократить диаметр магнитов.

Ротор с призматическими магнитами. Существует две модифи­кации роторов с призматическими магнитами—с радиальным и тангенциальным намагничиванием.

Одна из возможных конструкций высокоскоростного ротора с радиальным намагничиванием приведена на рис. 2.22, а. Ротор содержит расположенные радиально постоянные магниты 1 приз­матической формы, которые намагничены по радиусу и примыка­ют своими внутренними торцами к магнитомягкой втулке 5, а на­ружными торцами—к магнитомягким участкам 3 наружного свар­ного цилиндра, содержащего вставки 2 из немагнитного материа­ла. В участках 3, выполняющих роль полюсных наконечников, может размещаться демпферная (успокоительная) обмотка 4, вы­полняющая несколько функций. Обмотка улучшает защиту магни­та от нестационарных размагничивающих воздействий (см. § 2.5);

предотвращает колебания ротора по отношению к синхронно-вра­щающемуся полю якоря и гасит встречно-вращающиеся состав­ляющие поля (например, составляющие поля от высших гармоник МДС якоря, встречное поле в однофазных машинах и др.). С по­мощью обмотки обеспечивается асинхронный пуск машины в дви­гательном режиме. Полости между полюсами могут заливаться легким немагнитным сплавом 6. Наружный сварной цилиндр обеспечивает высокую механическую прочность ротора, вследствие чего окружные скорости могут достигать 150 м/с и более. Благо­даря хорошему экранированию магнитов от внешних полей и их простой форме рабочие индукции составляют 0,6 ...0,8 Тл. Приз­матическая форма магнитов обеспечивает направленную кристал­лизацию ферромагнетика, что существенно улучшает его магнит­ные свойства.

В роторе с тангенциальным намагничиванием (рис. 2.22, б) магниты 1 также располагаются по радиусу и примыкают внут­ренними торцами к немагнитной втулке 2, а наружными торца­ми—к немагнитным вставкам 3 наружного сварного цилиндра, содержащего также магнитомягкие участки 4 в межполюсных зо­нах. Между магнитами находятся секторы 5 из магнитомягкой стали, примыкающие изнутри к участкам 4 наружного цилиндра и выполняющие роль полюсов по отношению к якорю на статоре. Примерный вид линий магнитной индукции для рабочего потока Фд и потока рассеяния Ф„ показан на рис. 2.22, б пунктирными линиями.

Такая конструкция особенно рациональна при использовании высококоэрцитивных магнитов на основе редкоземельных материа­лов (типа §тСоб), которые могут быть слабочувствительны к ве­личине немагнитного зазора в магнитной цепи. Длина магнита /м вдоль поля мала, так как требуемая МДС Ры=Н»1м обеспечи­вается за счет больших Ям. Малые /м позволяют создавать ком­пактные многополюсные конструкции роторов с тангенциальным намагничиванием для машин с повышенной частотой, что, как уже отмечалось, способствует снижению требуемого объема маг­нитов при заданной мощности бесконтактных электрических машин.

Важная особенность конструкции с тангенциальным намагни­чиванием—возможность получения с ее помощью рабочих индук­ций в зазоре В^, превышающих индукцию 5м в магните (и даже остаточную индукцию Вг). Это связано с тем, что благодаря не­прерывности линий магнитного поля поток, входящий в сектор 5 через боковые торцы двух смежных магнитов 1, приблизительно равен потоку, выходящему из сектора через его границу, площадь которой может быть существенно меньше удвоенной площади бокового торца магнита. Если Ь»—ширина магнита (по радиусу), а Ър—наружная ширина полюсного сектора (рис. 2.22, б), то без учета потоков рассеяния имеем 2Фм==Фа или 2ВмЬи^В{,Ьр, откуда В^2ЬнВ»/Ьр. Таким образом, при (2&м/6р)>1, что легко обеспечи­вается на практике, имеем Вб>5м. Благодаря применению высо­кокоэрцитивных магнитов якорь для рассматриваемого ротора в ряде случаев может выполняться беспазовым.

В конструкциях, показанных на рис. 2.22, а, б, наружный свар­ной цилиндр обеспечивает высокие окружные скорости ротора, а магнитомягкие полюсные элементы — хорошую защиту магнитов от внешних размагничивающих воздействий.

Недостатком конструкций ротора со сварным наружным ци­линдром являются значительные поверхностные потери от зубцо-вых гармоник поля, наводящих в цилиндре большие вихревые токи. Эти потери, очевидно, отсутствуют при беспазовой конструк­ции якоря.

В машинах небольшой мощности (особенно при беспазовой конструкции якоря) вместо сварного цилиндра на рис. 2.22 может применяться сплошная оболочка (бандаж) из прочного немагнит­ного материала (например, титана). Перспективны конструкции роторов, у которых на наружную поверхность магнитов наматы­вается нитяной бандаж из высокопрочного органического волокна или других материалов. По оценкам, в таких конструкциях дости­жима окружная скорость до 400 м/с. Если наружный бандаж на­матывается из проволочной стали 12Х18Н9Т, то немагнитные уча­стки в нем могут создаваться специальной термообработкой. В ря­де случаев эффективны бандажи из углеродного волокна и волокна бора.

Роторы с призматическими магнитами позволяют повысить',1 мощность машин до 100 кВ-А и более.                      ——*