Проектирование синхронной машины с постоянными магнитами, страница 3

Рисунок 1.1.- Сборочный ротор типа звездочка (а) и коллекторного типа(б).

Постоянные магниты 1, намагниченные по одной из осей, установлены на втулке 2 и магнитомягкого материала, которая в свою очередь закреплена на валу машины. Магниты устанавливаются таким образом, что по расточке образуются полюсы чередующей полярности. Для обеспечения механической прочности конструкции на собранные магниты и втулку надевают сварной бандаж. Он состоит из полюсных башмаков 3 из магнитной стали и немагнитных вставок 4, сваренных в местах стыка 5. Полюсные башмаки позволяют уменьшить воздушный зазор. Промежутки между магнитами заполняются компаундом 6.

При использовании этой конструкции удалось получить снижение массы, но и появились новые проблемы:

- не полностью реализованы высокие удельные энергетические показатели редкоземельных магнитов, т.е. объем ротора использован не весь;

- конструкция ротора не технологична, т.к. содержит много конструктивных элементов;

Наличие полюсных башмаков обеспечивает снижение воздушного зазора, но увеличивает индуктивность машины, что снижает жесткость внешней характеристики и усложняет совмещение двигательного и генераторного режимов.

   Первым шагом на пути совершенствования конструкции роторов оказалась разработка роторов коллекторного типа (рисунок 1.1 б). Конструкция ротора коллекторного типа была предложена В.А. Балагуровым и А.А.Кецарисом. Ротор набирается из призматических постоянных магнитов 1, намагниченных по короткой оси. Магниты устанавливаются на немагнитную втулку (вал) 2 таким образом, чтобы оси намагничивания были направлены тангенциально, причем полярность смежных постоянных магнитов одноименна. Между магнитами устанавливаются полюсы (концентраторы магнитного потока) 3 из магнитной стали. Для обеспечения механической прочности на магниты сверху накладываются вставки 4 из немагнитного материала, которые привариваются к полюсам 3 (на рисунке 1.1 б позицией 5 обозначены места сварки). Иногда вместо вставок 4 на собранные магниты и полюсы надевают сборный бандаж, аналогичны бандажу рисунка 1.1 а. Магнитный поток, созданный постоянными магнитами, конструируется в полюсах, что обеспечивает высокое значение высокое значение индукции в воздушном зазоре. Основным достоинством коллекторной конструкции ротора является максимальное использование энергии магнита. Действительно,  редкоземельные магниты обладают высокой остаточной индукцией. Поэтому в роторах типа звездочка индукция в воздушном зазоре относительно невелика. В коллекторной же конструкции обеспечивается концентрация магнитного потока, т.к. отношение  может быть достаточно большим ( - ширина магнита,  - полюсное деление,  - коэффициент полюсного перекрытия). Очевидно, что наибольший эффект коллекторная конструкция дает при большом числе полюсов, когда удается обеспечить высокое отношение . Применение коллекторной конструкции ротора позволяет снизить массу синхронных генераторов на 30%.  К достоинствам электрических машин с коллекторными роторами следует также отнести возможность использования призматических постоянных магнитов с высокой удельной энергией (высокое значение намагниченности благодаря простой форме), большие диаметры, а следовательно, возможность разработки машин большой мощности. В настоящее время коллекторные роторы являются по существу единственной конструкцией ротора для применения в генераторах мощностью свыше 60 кВА. Однако, несмотря на все преимущества коллекторных роторов у них есть и свои недостатки, а именно:

- несмотря на высокое использование объема собственно магнита, их доля в объема ротора относительно невелика, поэтому интегральное значение удельной энергии ротора значительно ниже удельной энергии магнита;

- наличие полюсов из магнитомягкой стали увеличивает индуктивность и, следовательно, снижает жесткость внешней характеристики, усложняет совмещение двигательного и генераторного режимов;

- сложность конструкции;

- наличие паразитных воздушных зазоров между полюсами и магнитами.