Постоянные магниты. Использование магнитов в синхронных машинах.

 

Уважаемые клиенты!

 

Сегодня расскажем Вам использование постоянных магнитов в синхронных машинах.

 

Назначение. Машины с постоянными магнитами позволяют уменьшить потери в машине, а также (при полюсах, расположенных на роторе) устранить подвод тока через контактные кольца к обмотке возбуждения. В настоящее время синхронные машины с постоянными магнитами широко используют как микродвигатели, генераторы небольшой мощности и тахогенераторы. В этих машинах вместо обмотки возбуждения применяют блок постоянных магнитов, изготовляемый из магнитотвердого материала — кобальтовой стали, а также различных сплавов из алюминия, никеля, железа и кобальта, обладающих большой коэрцитивной силой. Постоянные магниты в таких машинах располагают в большинстве случаев на роторе. Статор имеет обычную конструкцию, в его пазах размещают одно—, двух- или трехфазную обмотку.

 

 

Рис.  1.  Устройство син-хронного двигателя  с  постоянными магнитами: 1 — обмотка статора; 2 — статор; 3 — пуско-вая обмотка типа «беличья клетка »; 4 — пакет ротора; 5 — постоянные магниты

Двигатели. В синхронных микродвигателях на роторе кроме блока постоянных магнитов устанавливают собранный из листовой стали пакет, в пазах которого размещают пусковую короткозамкнутую обмотку типа «беличья клетка». Последняя по окончании процесса пуска служит демпфером, препятствующим качаниям ротора. Наибольшее применение получили микродвигатели двух конструктивных исполнений: с радиальным (рис. 1, а) и аксиальным (рис. 1,

б) расположением блока постоянных магнитов и стального пакета ротора с короткозамкнутой обмоткой.

 

При радиальном расположении пакет ротора выполнен в виде кольца, напрессованного на блок постоянных магнитов, в котором имеются прорези, разделяющие полюсы разной полярности; размеры прорезей выбирают из условий оптимального использования энергии постоянных магнитов.

 

При аксиальном расположении пакет ротора насаживают непосредственно на вал двигателя, а по его краям устанавливают один или два блока постоянных магнитов, выполненных в виде дисков. Пуск синхронных микродвигателей с постоянными магнитами обычно производят непосредственным включением в сеть. Разгон двигателя осуществляется за счет асинхронного вращающего момента

Мас , возникающего в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля с током в пусковой, обмотке ротора . При питании двигателя от однофазной сети в цепь одной из фаз включают конденсатор, необходимый для получения вращающегося магнитного поля.

 

 

Рис. 2. Зависимость M=f(s)для двигателя с постоянными  магни­тами

 

Характерной особенностью рассматриваемого двигателя является то, что при пуске кроме асинхронного вращающего момента Мас возникает еще и тормозной момент Мт, образующийся из-за наличия на роторе постоянных магнитов. В процессе разгона двигателя поле постоянных магнитов пересекает обмотку статора и индуцирует в ней ЭДС Е1п , изменяющуюся с переменной частотой, пропорциональной частоте вращения ротора. Для ЭДС Е1п обмотка статора, присоединенная обычно к достаточно мощному источнику электрического тока, может считаться короткозамкнутой, вследствие чего в ней возникает переменный ток, который, взаимодействуя с магнитным потоком ротора, создает тормозящий момент

Мт.

 

Электромагнитные процессы, происходящие в синхронных машинах с постоянными магнитами, в основном аналогичны электромагнитным процессам, происходящим в машинах с электромагнитным возбуждением. Однако на магнитный поток, создаваемый постоянными магнитами, сильное воздействие ока­зывает МДС якоря. Значительному размагничивающему действию со стороны якоря постоянные магниты подвергаются во время пуска синхронного двигателя, когда ток якоря наибольший. В машинах с радиальным расположением блока постоянных магнитов при небольшой частоте вращения ротора (больших скольжениях) постоянные магниты достаточно хорошо экранируются пусковой короткозамкнутой обмоткой. Однако при небольших скольжениях защитное действие беличьей клетки мало, и значительная реакция якоря может вызвать необратимое размагничивание постоянных магнитов, при котором их свойства после отключения обмотки статора полностью не восстанавливаются. Максимальное размагничивающее действие возникает при асинхронном вращении, когда ротор периодически проходит положения, при которых МДС полюсов ротора и обмотки статора оказываются направленными встречно. В машинах с аксиальным расположением блока постоянных магнитов наибольшее размагничивание магнитов происходит в момент подключения двигателя к сети при неподвижном роторе.

 

 

Двигатели с постоянными магнитами по сравнению с другими типами синхронных двигателей обладают хорошими энергетическими показателями (КПД и cos φ), повышенной устойчивостью работы в синхронном режиме и высокой стабильностью частоты вращения.

 

 

Рис. 3. Роторы генераторов с постоянными магнитами: 1 —блок постоянных  магнитов;  2 — стальная  втулка;  3 — полюсные  на­конечники;   4 — литой  алюминий;  5 — немагнитная   втулка;   6 — полюсы; 7 — вал

 

рис. 4. Принцип устройства концентратора магнитного потока (а) и конструктивная схема генератора с постоянными магнитами (б): 1 — статор; 2 — ротор; 3 — постоянные магниты

Генераторы. В синхронных генераторах малой мощности с возбуждением от постоянных магнитов ротор можно выполнить или в виде единого блока из магнитно-твердого материала (рис. 3,

а),или с постоянными магнитами, установленными в стальной втулке (рис. 3,б). Промежутки между магнитами в некоторых случаях заливают алюминием, благодаря чему обеспечивается монолитность конструкции ротора. В генераторах, используемых в некоторых транспортных установках, иногда применяют ротор с когтеобразными полюсами (рис.3,в). При повышении мощности машины для увеличения индукции в воздушном зазоре и зубцах применяют различные концентраторы магнитного потока. Принцип устройства концентратора состоит в том, что площадь поперечного сечения магнита берется больше площади воздушного зазора (рис. 4, а). Особенно выгодно применение машин с концентраторами магнитного потока при высоких частотах вращения и повышенной частоте тока. На рис. 4,б изображена конструктивная схема двенадцатиполюсного генератора мощностью 20 кВт на частоту 300 Гц при частоте вращения 3000 об/мин.

 

Недостатком таких генераторов является невозможность регулировать выходное напряжение. Однако изменение напряжения под нагрузкой не очень велико, так как отношение короткого замыкания весьма значительно: ОКЗ ≈ 3,5. В дальнейшем синхронные машины значительной мощности с постоянными магнитами могут найти широкое применение в комбинации с полупроводниковыми преобразователями не только как генераторы, но и как двигатели.

 

 

А вот так выглядит изделие с применением наших магнитов (до и после заливки):

 

 

Постоянные магниты для самостоятельного изготовления вы можете найти в нашем магазине магнитов: здесь.

 

 

 

 

Выдержки и фото использованы из  выдержки: http://www.induction.ru/library/book_002/glava7/7-2.html

Следите за новостями!

Магнитная система ротора с постоянными магнитами и способ ее изготовления

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройству роторов электрических машин с возбуждением от постоянных магнитов. Технический результат – повышение энергетических характеристик. Магнитная система ротора с постоянными магнитами содержит кольцевой цилиндр, состоящий из постоянных магнитов, имеющих однонаправленное намагничивание, выполненное в виде двухполюсной магнитной системы. Внутренняя часть кольцевого цилиндра установлена на внешней части магнитопровода ротора, выполненного из высоколегированной стали. Изготовление заявленной магнитной системы ротора осуществляют путем сборки ненамагниченных заготовок постоянных магнитов в кольцевой цилиндр, затем их намагничивания в однонаправленном диаметральном направлении с возможностью образования двухполюсной магнитной системы с магнитным полем, максимально приближенным к синусоиде на внешней стороне кольцевого цилиндра магнита. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно к устройству роторов электрических машин с возбуждением от постоянных магнитов, расположенных на роторе, и может быть использовано в электромашиностроении при производстве электродвигателей и генераторов.

Известна магнитная система ротора (патент RU 2244370, МПК H02K 1/06, опубл. 10.01.2005), содержащая закрепленный на валу магнитопровод, выполненный из магнитомягкого материала без разрывов по внешнему и внутреннему диаметрам и с отверстиями под размещение в них постоянных магнитов. Отверстия выполнены прямоугольной формы с наклоном к радиальным осям (расположены вдоль хорд) таким образом, что расстояние между обращенными друг к другу и к валу боковыми поверхностями их по мере приближения к расточке ротора уменьшается, а между противоположными поверхностями тех же отверстий и в том же направлении увеличивается. Магнитная система ротора с требуемым по условию ее работоспособности чередованием вдоль расточки ротора полярностью полюсов образуется путем установки в указанные прямоугольной формы отверстия ротора намагниченных перпендикулярно боковым поверхностям призматических постоянных магнитов, причем таким образом, что каждая пара обращенных друг к другу и в сторону расточки ротора поверхности соседних магнитов имеет одинаковую магнитную полярность и полярность следующих друг за другом и ориентированных указанным образом пар магнитов вдоль расточки чередуется.

Известна магнитная система ротора (патент RU №2316103, МПК H02K 1/27, МПК H02K 21/14, опубл. 27. 01. 2008 г.), которая содержит закрепленный на валу магнитопровод, выполненный из магнитомягкого материала без разрывов по внутреннему и внешнему диаметрам и с отверстиями под размещение в них постоянных магнитов. Отверстия выполнены прямоугольными с наклоном к радиальным осям (расположены вдоль хорд) таким образом, что расстояние между обращенными друг к другу и к валу боковыми поверхностями их по мере приближения к расточке ротора уменьшается, а между противоположными поверхностями тех же отверстий и в том же направлении увеличивается. Магнитная система ротора с требуемой по условию ее работоспособности чередующейся по расточке ротора полярностью полюсов образуется путем установки в указанные прямоугольной формы отверстия ротора намагниченных перпендикулярно боковым поверхностям постоянных магнитов, причем таким образом, что каждая пара обращенных друг к другу и в сторону расточки ротора поверхностей соседних призматических магнитов имеет одинаковую магнитную полярность, а полярность следующих друг за другом таких пар магнитов вдоль расточки чередуется.

Недостатком является наличие воздушной полости, прилегающей к торцам постоянных магнитов со стороны вала, что способствует лишь уменьшению магнитных потоков рассеяния в этой области, но не устраняет их полностью.

Наиболее близкой к заявляемой магнитной системе является система постоянных магнитов для применения в электрической машине (US №5349258, H02K 21/12, H02K 23/04, H02K 21/26, опубл. 20.09.1994), представляющая собой кольцевой цилиндр, состоящий из полюсных, намагниченных радиально, постоянных магнитов чередующейся полярности и межполюсных постоянных магнитов, намагниченных тангенциально. Полюсные и межполюсные магниты прилегают друг к другу разноименными полюсами, образуя мозаичную структуру. Благодаря межполюсным элементам из тангенциально намагниченных постоянных магнитов изменяется не только направление магнитного потока, но и увеличивается индукция рабочего потока за счет увеличения активной длины магнитов в направлении их намагниченности.

Недостатком представленной системы постоянных магнитов для применения в электрической машине является сложность конструкции, несинусоидальное распределение магнитного поля на внешней стороне ротора, отсутствие возможности организовать магнитный поток одновременно в двух радиальных направлениях от магнитной системы.

Задача изобретения — расширение функциональных возможностей, упрощение конструкции, минимизация высших гармоник, благодаря однонаправленной магнитной сборки постоянных магнитов.

Техническим результатом является повышение энергетических характеристик: мощности, механического момента, коэффициента мощности, КПД, при снижении массогабаритных показателей благодаря однонаправленной магнитной сборки постоянных магнитов.

Поставленная задача решается и технический результат достигается тем, что в магнитной системе ротора с постоянными магнитами, содержащей кольцевой цилиндр, состоящий из постоянных магнитов, согласно изобретению кольцевой цилиндр имеет однонаправленное намагничивание постоянных магнитов, выполненное в виде двухполюсной магнитной системы, причем внутренняя часть кольцевого цилиндра установлена на внешней части магнитопровода ротора, выполненного из высоколегированной стали.

Поставленная задача также достигается тем что, способ изготовления способ изготовления магнитной системы ротора с постоянными магнитами осуществляют путем сборки ненамагниченных заготовок постоянных магнитов в кольцевой цилиндр, затем намагничивают их в однонаправленном диаметральном направлении с возможностью образования двухполюсной магнитной системы с магнитным полем, максимально приближенным к синусоиде на внешней стороне кольцевого цилиндра магнита.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображен поперечный разрез магнитной системы ротора с постоянными магнитами.

На фиг. 2 показано замыкание силовых линий магнитного поля электрической машины в поперечном разрезе (результаты компьютерного моделирования в программном комплексе Ansoft Maxwell).

На фиг. 3 показано распределение магнитной индукции в электрической машины в поперечном разрезе (результаты компьютерного моделирования в программном комплексе Ansoft Maxwell).

Предложенная конструкция магнитной системы ротора с постоянными магнитами содержит кольцевой цилиндр 1 (фиг. 1), состоящий из постоянных магнитов 2 (стрелками показана намагниченность), которые имеют однонаправленное намагничивание и представляют собой двухполюсную магнитную систему. На внутреннюю часть кольцевого цилиндра 1 установлена внешняя часть цилиндрического магнитопровода ротора 3, выполненного из высоколегированно стали, а на внешнюю часть кольцевого цилиндра 1 установлен бандажный цилиндр 4, для механической прочности магнитной системы ротора с постоянными магнитами. Для уменьшения массы магнитной системы ротора с постоянными магнитами вырезаны отверстия 5 и 6. На фиг. 2 и фиг. 3 изображен статор с обмотками 7, внутри которого расположена предлагаемая магнитная система ротора с постоянными магнитами.

Магнитная система ротора с постоянными магнитами работает следующим образом: при работе электрической машины, к примеру в режиме генератора, вращается магнитная система ротора с постоянными магнитами, по магнитопроводу статора (на фиг. 2 и фиг. 3) начинает протекать магнитный поток возбуждения. По закону электромагнитной индукции в обмотке статора наводится электродвижущая сила, величина которой зависит от числа витков обмотки, частоты вращения магнитной системы ротора с постоянными магнитами и магнитного потока возбуждения. Магнитный поток возбуждения зависит от намагниченности постоянных магнитов, геометрии магнитных полюсов. Неправильная геометрия и намагниченность постоянных магнитов может повлечь за собой усиление негативного влияния высших гармоник, тормозных моментов ротора, несинусоидальное напряжение на выходе генератора. Чтобы этого не произошло, на внешнюю часть цилиндрического магнитопровода ротора 3, выполненного из высоколегированной стали, установлен кольцевой цилиндр 1, состоящий из постоянных магнитов 2, которые имеют однонаправленное намагничивание и выполнены в виде двухполюсной магнитной системы, с синусоидальным распределением магнитного поля по внешней стороне кольцевого цилиндра 1. Замыкание силовых линий магнитного поля электрической машины в поперечном разрезе показано на фиг. 2.

Пример конкретной реализации способа.

Способ реализуется на примере магнитоэлектрического генератора на 700 Вт, активная длина равна 50 мм. Магнитную систему ротора из постоянных магнитов изготавливают из ненамагниченных заготовок постоянных магнитов, состоящих из сплава меди, кобальта, серы, никеля, железа, алюминия и титана, заготовки из постоянных магнитов выполнены в виде секторов 2 (количество секторов 6, внутренний диаметр 24 мм, внешний 31 мм). Данные секторы монтируются на внешнюю часть цилиндрического магнитопровода ротора 3, выполненного из высоколегированной стали 30ХГСА (с внешним диаметром 31 мм) с отверстиями 5 (диаметр 3 мм) для облегчения конструкции магнитопровода ротора 3 и с отверстием 6 для осевой шпильки (на фиг не показано). В результате сектора заготовок постоянных магнитов 2 образуют кольцевой цилиндр 1. Данную конструкцию помещают в намагничивающую установку, намагничивание производят в одном диаметральном направлении. В результате сектора постоянных магнитов 2 намагничиваются в одном направлении, и конструкция с позициями 1, 2, 3 образует двухполюсную магнитную систему с постоянными магнитами. После, на внешнюю часть кольцевого цилиндра 1 устанавливают бандажный цилиндр 4 (внутренний диаметр 31 мм, внешний диаметр 33 мм), представляющий из себя фторопластовую втулку. Бандажный цилиндр 4 устанавливают для механической прочности магнитной системы ротора с постоянными магнитами.

В результате технология сборки магнитной системы ротора с постоянными магнитами становится проще, т.к. намагничивание постоянных магнитов можно произвести за одну технологическую операцию, а не за несколько (как в прототипе).

Итак, заявленное изобретение позволяет расширить функциональные возможности, упростить конструкцию, повысить КПД, минимизировать негативное влияние высших гармоник, уменьшить массогабаритные показатели, благодаря однонаправленному намагничиванию постоянных магнитов в магнитной системе ротора с постоянными магнитами.

1. Магнитная система ротора с постоянными магнитами, содержащая кольцевой цилиндр, состоящий из постоянных магнитов, отличающаяся тем, что кольцевой цилиндр имеет однонаправленное намагничивание постоянных магнитов, выполненное в виде двухполюсной магнитной системы, причем внутренняя часть кольцевого цилиндра установлена на внешней части магнитопровода ротора, выполненного из высоколегированной стали.

2. Способ изготовления магнитной системы ротора с постоянными магнитами, который осуществляют путем сборки заготовок постоянных магнитов в кольцевой цилиндр, отличающийся тем, что ненамагниченные заготовки постоянных магнитов собирают в кольцевой цилиндр, затем намагничивают их в однонаправленном диаметральном направлении с возможностью образования двухполюсной магнитной системы с магнитным полем, максимально приближенным к синусоиде на внешней стороне кольцевого цилиндра магнита.

Магнитная Ротор С Керамическими Вал Сборки,Магнитный Ротор Со Стальной Вал Сборки,Высокая Скорость Вращения Магнитами

Краткая информация

Происхождение товара:

Guangdong, China

Наименование:

Про с магнитным ротором

Модели:

Неодимовый магнитный ротор

Применение:

Магнит с мотоциклом, Масляный/Водяной насос, двигатель, шаговый двигатель, двигатель EPS, бесщеточный двигатель

Тип:

Постоянный

Форма:

Магнитный ротор

Композитный:

Неодимовый магнит

Магнитный ротор:

Магнит, пластиковый вал

Название продукта:

Магнитный ротор

Процесс:

Стальной вал, сборка магнитов, пластиковые литые

Рабочая температура:

> = 80 градусов Цельсия

Толерантность:

+/-0,05

Сертификат:

TS16949

Преимущества:

Хороший баланс, низкий вес, высокая скорость вращения, низкий уровень шума

Материал:

NeFeB с магнитным ротором

Образец:

Бесплатная доставка не включает стоимость транспортировки

Возможности поставки

Возможности поставки:

80000 Piece/Pieces per Week 8 poles magnetic rotor

Упаковка и доставка

Подробности об упаковке

Стандартная морская/воздушная упаковка для магнитного ротора

Порт

Shenzhen

6 Полюсов Магнитная Ротора/статора С Пластиковыми

Краткая информация

Происхождение товара:

Guangdong, China

Наименование:

Про с магнитным ротором

Модели:

Магнитный ротор и статор

Применение:

Магнит с мотоциклом, Масляный/Водяной насос, двигатель, шаговый двигатель, двигатель EPS, бесщеточный двигатель

Тип:

Постоянный

Форма:

Магнитный ротор

Композитный:

Неодимовый магнит

Магнитный ротор:

Магнит, пластиковый вал

Название продукта:

Магнитный ротор

Процесс:

Стальной вал, сборка магнитов, пластиковые литые

Сертификат:

TS16949

Преимущества:

Хороший баланс, низкий вес, высокая скорость вращения, низкий уровень шума

Материал:

NeFeB с магнитным ротором

Направление магнетизма:

По индивидуальному заказу руководство

Образец:

Стоимость доставки требуется

Минимальное количество для заказа:

1 шт.

Возможности поставки

Возможности поставки:

80000 Piece/Pieces per Week 8 poles magnetic rotor

Упаковка и доставка

Подробности об упаковке

Стандартная морская/воздушная упаковка для магнитного ротора

Порт

Shenzhen

Пример изображения: