Ледовский а н электрические машины с высококоэрцитивными постоянными магнитами
Ледовский а н электрические машины с высококоэрцитивными постоянными магнитами
Применение надежной и эффективной защиты от аварийных режимов работы асин- хронных электродвигателей (АД) поможет значительно сократить количество и частоту аварийных ситуаций и продлить срок службы АД.
В первой части своего материала («Новости Электротехники» № 2(32) 2005) Михаил Давидович Соркинд рассказал о том, какие аварии чаще всего случаются в процессе эксплуатации асинхронных электродвигателей. Во второй части («Новости ЭлектроТехники» № 3(33) 2005) он остановился на особенностях защитных устройств, служащих для быстрого определения повреждения двигателя и его отключения, – предохранителях, автоматических выключателях, тепловых реле (расцепителях). Сегодня автор рассматривает другие устройства защиты АД.
Александр Герасимов, д.т.н., профессор, ведущий специалист
Владимир Толмачев, д.т.н., зам. технического директора старший научный сотрудник
Константин Уткин, технический директор ОАО «Звезда», г. Санкт-Петербург
Рис. 1
Классическая схема дизель-электрической станции
Рис. 2 Схема электрогенераторного агрегата на базе асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором
Рис. 3 Функциональная схема электрогенераторного агрегата с АГ КЗР
Асинхронный генератор с короткозамкнутым ротором
Возможность использования асинхронной короткозамкнутой машины в режиме генератора обоснована еще в начале ХХ века. По своей физической сути, это тот же режим, который кратковременно возникает в электроприводах при электродинамическом торможении двигателя. Однако практическая реализация таких режимов стала возможной только с развитием силовой полупроводниковой техники.
В 90-х годах прошлого века появились достаточно надежные и мощные полупроводниковые силовые преобразователи, позволяющие обеспечить стабилизацию амплитуды и частоты электрогенераторного агрегата с использованием асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором (АГ КЗР). Силовой преобразователь, необходимый для создания такого агрегата, должен обеспечивать двунаправленное преобразование энергии, синусоидальность выходных токов и напряжений.
Привлекательность использования АГ КЗР в качестве генератора переменного тока объясняется прежде всего простотой его конструкции, надежностью и более низкой стоимостью.
Однако АГ КЗР до настоящего времени не получили широкого применения. Одной из причин этого являются трудности по созданию автоматических регуляторов напряжения. Многие авторы предлагают при использовании асинхронного генератора в качестве источника электроэнергии преобразовывать его выходное напряжение в постоянное, а затем в переменное требуемой частоты и величины. В нашей стране больших успехов в создании электрогенераторного агрегата на базе использования АГ КЗР достигли в ЗАО «Сигна» (г. Ковров Владимирской области), материалы отчета которого использованы в данной статье.
Для использования асинхронного генератора в качестве источника электроэнергии была предложена схема, представленная на рис. 2.
Первым звеном этой структуры является собственно АГ КЗР. Инвертор-стабилизатор выполняет две функции: управляет возбуждением генератора и преобразует переменное напряжение генератора в постоянное. Второе звено этой структуры – преобразователь постоянного напряжения в выходное трехфазное напряжение переменного тока. Эти звенья объединены между собой звеном постоянного тока, в состав которого входит батарея конденсаторов, сглаживающих пульсацию тока инвертора И-С и играющих роль накопителя энергии.
Разработанная в ЗАО «Сигна» функциональная схема системы управления установки на базе АГ КЗР представлена на рис. 3.
Использование накопителя энергии в виде конденсаторов позволяет существенно уменьшить провал напряжения генератора, возникающий при подключении электрической нагрузки (в экспериментальном образце провал напряжения уменьшился с 20% до 10%).
Синхронный генератор с постоянными магнитами
В последнее время большое внимание уделяется применению генераторов с возбуждением от постоянных магнитов. Интерес к этому классу генераторов обусловлен их лучшими по сравнению с другими массоэнергетическими показателями, простотой конструкции, большим сроком службы, надежностью, способностью работать при высоких частотах вращения в тяжелых условиях эксплуатации. Электрические машины с постоянными магнитами появились в 30-е годы прошлого столетия. Однако невысокие удельные характеристики постоянных магнитов ограничивали их использование в электрических машинах. С разработкой в 50-60-е годы постоянных магнитов из новых материалов электрические машины с постоянными магнитами начали применяться в электрооборудовании автономных систем электроснабжения и других областях техники.
Новый импульс развитию дало использование высококоэрцитивных магнитов на основе интерметаллических соединений кобальта с редкоземельными элементами. Опыт проектирования, разработки, производства и эксплуатации электрических машин с высококоэрцитивными постоянными магнитами показал их высокие технико-экономические характеристики, обоснованность и целесообразность их применения в системах электроснабжения и электроприводах различного назначения. Особенностями параметров редкоземельных магнитов являются низкое значение магнитной проницаемости, которая незначительно превышает магнитную проницаемость воздуха, высокое значение коэрцитивной силы по намагниченности от напряженности магнитного поля.
Как показала практика, попытки использования магнитов из редкоземельных элементов в традиционных конструкциях электрических машин, как правило, не дают желаемого эффекта – снижения массы и габаритных размеров, увеличения КПД. Их эффективное использование возможно только при специальных конструкциях как ротора, так и статора электрической машины.
Проведенные теоретические исследования, а также опыт применения машин с высококоэрцитивными магнитами показали существенное отличие характеристик этих машин от машин с традиционными магнитами. Особенности конструктивного исполнения и характеристик магнитов требуют не только особого подхода к проектированию, но и тщательного анализа их работы в системах электроснабжения и в электроприводах. Большой вклад в развитие теории электрических машин с постоянными магнитами внесли В.А. Балагуров, Ф.Ф. Галтеев, Д.А. Бут, А.Н.Ледовский [1, 2, 3].
Опыт разработок синхронных генераторов с постоянными магнитами (СГПМ) показал, что наибольший эффект достигается у генераторов с большими частотами вращения. Поэтому не случайно они находят применение в авиации с приводом от авиационных двигателей.
В ряде случаев конструкторы отказываются от изготовления генератора в виде самостоятельного агрегата и поэлементно размещают его внутри первичной силовой установки, например в турбине, с применением внутриканального охлаждения. Такая схема была разработана, например, в ОАО «Новая Эра». При этом вес собственно генератора при частоте вращения 72000 об/мин и мощности 100 кВт составил всего 15 кг. Такие высокие показатели были достигнуты при использовании мощного водяного охлаждения. Для стабилизации напряжения и частоты на выходе генератора подключается специальный электронный блок.
Схема электрогенераторной установки с СГПМ
Схема электрогенераторной установки на базе синхронного генератора с постоянными магнитами (ЭГА СГПМ) приведена на рис. 4.
Первым звеном этой схемы является собственно генератор и управляющий им инвертор. Выходным параметром первого звена является постоянное напряжение. Второе звено – преобразователь постоянного напряжения в выходное трехфазное напряжение переменного тока. Эти звенья объединены между собой звеном постоянного тока, в состав которого входит батарея конденсаторов, сглаживающих пульсацию тока инвертора и выполняющих роль накопителя энергии.
Такое структурное построение установки позволяет за счет большего количества независимо регулируемых параметров снизить динамические требования к контурам стабилизации каждого из этих параметров и обеспечить высокое качество выходного напряжения. Кроме того, обеспечивается многовариантность исполнения установки за счет различного исполнения преобразователя второго звена. Одновременно с одним генератором могут работать преобразователи постоянного напряжения в переменное +27 В (или другое), преобразователи частоты для управления скоростью вращения электродвигателя переменного тока, преобразователи напряжения для питания нагревательных устройств различного вида и т.д.
По подобным схемам изготавливают электроагрегаты многие зарубежные производители, в том числе французская фирма SDMO и компания Newage AVK SEG (Stamford, США).
Из опыта работы
Анализ применения ЭГА с СГПМ показал следующее:
1. Использование генератора с постоянными магнитами значительно уменьшает вес генератора – почти в два раза. Для ориентировки приведем таблицу с весовыми характеристиками генераторов с постоянными магнитами различной мощности (табл. 1).
Рис. 4
Схема электрогенераторной установки с синхронным генератором с постоянными магнитами
Для сравнения: вес бесщеточного синхронного генератора типа БГ-30-4У2 – 250 кг, асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором типа RA200L4 мощностью 30 кВт, который может быть использован в качестве генератора, – 200 кг.
Применение дизеля с высокой частотой вращения (например, 3000 об/мин) и генератора с высокой частотой напряжения (например, f = 400 Гц при частоте вращения ротора 3000 об/мин) позволяет создать электроагрегат с лучшими массогабаритными характеристиками по сравнению с электроагрегатом, построенным по традиционной схеме.
2. Освобождение дизеля от работы с постоянной частотой вращения позволило улучшить технические характеристики дизеля (уменьшить вес, сократить расход топлива на 30%, увеличить время работы при малых нагрузках и др.).
3. Применение электронного блока позволило улучшить характеристики регулятора напряжения (точность регулирования, характеристики переходного процесса и др.).
На основании вышесказанного считаем необходимым провести в России:
а) разработку электрогенераторных агрегатов по схеме «генератор + электронный блок». Причем в качестве генератора могут быть использованы не только синхронные генераторы с постоянными магнитами;
б) исследования по управлению работой дизеля, допускающего изменение частоты вращения, и возможности создания соответствующего регулятора, минимизирующего расход топлива;
в) разработку электронного блока, преобразующего напряжение генератора в требуемое напряжение.
Ситуация в России
В нашей стране синхронные генераторы с постоянными магнитами нашли применение в ветроэнергетике, автотранспорте, в авиации, но при этом практически не используются в различных системах автономного электроснабжения. Не ведутся работы по проектированию и изготовлению синхронных генераторов с постоянными магнитами на мощности более 2 кВт. Приятным исключением является лишь электроагрегат ОАО «Новая Эра», который, правда, может быть использован только в исключительных случаях. В мощных синхронных генераторах зарубежные фирмы используют генераторы с постоянными магнитами в основном как подвозбудитель для питания регулятора напряжения. Такая схема обеспечивает лучшие характеристики при пуске мощных асинхронных двигателей и быстрое восстановление напряжения, позволяет добиться 300-процентной стойкости к коротким замыканиям. Отметим, что в рекламных проспектах зарубежные фирмы часто необоснованно называют подобные системы синхронными генераторами с постоянными магнитами. На самом деле у таких генераторов система возбуждения электромагнитная, а синхронный генератор с постоянными магнитами используется лишь как подвозбудитель.
Мы считаем перспективным направлением разработку электрогенераторных агрегатов с синхронным генератором с постоянными магнитами и с выходным электронным блоком, как имеющих лучшие массогабаритные характеристики, более высокий КПД, динамические характеристики, позволяющие приводному агрегату работать при различных частотах вращения.
Однако в связи с тем, что прошло мало времени после создания подобных электрогенераторных агрегатов, а магниты из редкоземельных материалов стоят дорого, цена подобных электроагрегатов выше цены синхронных генераторов обычного исполнения.
Но при длительной эксплуатации, за счет уменьшения расхода топлива и масла, увеличения срока службы, применение таких электроагрегатов может быть экономически выгодно.
Литература
1. Балагуров В.А., Галтеев Ф.Ф. Электрические генераторы с постоянными магнитами. – М.: Энергоатомиздат, 1988.
2. Ледовский А.Н. Электрические машины с высококоэрцитивными постоянными магнитами. – М.: Энергоатомиздат,1985.
3. Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. – М.: Высшая школа,1999.
 |
© ЗАО «Новости Электротехники»
Использование материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции
При цитировании материалов гиперссылка на сайт с указанием автора обязательна
Погружной электродвигатель с постоянными магнитами
Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано для добычи нефти и других пластовых жидкостей. Технической задачей данного изобретения является расширение функциональных возможностей вентильного электродвигателя для работы в качестве погружного и упрощение технологии изготовления обмотки беспазового статора за счет применения каркасной конструкции обмотки. Сущность изобретения: в электродвигателе, содержащем статор с обмоткой и явнополюсный ротор с постоянными магнитами, обмотка статора выполнена гладкой беспазовой и уложена в немагнитном каркасе беспазового пакета статора с немагнитными кольцами, который запрессован в корпус электродвигателя. Способ изготовления погружного электродвигателя с постоянными магнитами включает шихтовку и запрессовку беспазового пакета статора в корпус электродвигателя, укладку гладкой беспазовой обмотки статора в немагнитный каркас, размещаемый внутри шихтованного пакета беспазового статора, и установку ротора с постоянными магнитами. 2 с.п.ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при производстве погружных насосов, предназначенных для добычи нефти из глубинных скважин.
Известен погружной двигатель, выполненный на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, например типа ПЭД, и предназначенный для работы с глубинными центробежными насосами с постоянной частотой вращения (А.А.Богданов. Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти, М., 1968 г., с. 131). Однако для оптимальной нефтедобычи в разные периоды времени необходимо, чтобы приток нефти из скважины соответствовал ее откачке, т.е. частоту вращения двигателя необходимо регулировать. Регулировать частоту вращения высоковольтных погружных асинхронных двигателей достаточно сложно и дорого.
Известен также вентильный двигатель с тиристорным коммутатором, в котором переключение тиристоров инвертора осуществляется за счет электродвижущей силы обмотки двигателя. (Овчинников И.Е. Теория вентильных электрических двигателей, М., Наука, 1985 г., стр. 22). Регулировать частоту вращения данного двигателя сравнительно дешевле и проще. Но из-за больших индуктивных параметров снижается вращающий момент машины на 25-30%, что не позволяет использовать преимущества вентильного двигателя по сравнению с асинхронным при регулировании частоты вращения.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является электрическая машина с беспазовым статором и с высококоэрцитивными постоянными магнитами. (Ледовский А.Н. Электрические машины с высококоэрцитивными постоянными магнитами, М., Энергоиздат, 1985 г., стр.27, 136, рис. 2.7.,5.5). Недостатком данной машины является сложная технология изготовления и укладки обмотки на гладкий пакет статора. Нужны два технологических шаблона и две оправки для формирования обмотки, необходима механическая обработка на станке после компаундирования обмотки. Если проводники обмотки имеют большой диаметр, технология изготовления обмотки усложняется дополнительно. Кроме того, данная технология пригодна только для изготовления машин с относительно коротким пакетом статора и неприемлема в производстве погружных двигателей.
Технической задачей заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей вентильного электродвигателя для работы в качестве погружного и упрощение технологии изготовления обмотки беспазового статора за счет применения каркасной конструкции обмотки.
Поставленная задача решается тем, что в электродвигателе, содержащем беспазовый статор с обмоткой и явнополюсный ротор с высококоэрцитивными постоянными магнитами, обмотка якоря уложена в немагнитном каркасе, который вставлен внутрь пакета статора. Причем в способе изготовления погружного электродвигателя с постоянными магнитами, включающем шихтовку кольцевого пакета статора, запрессовку его в корпус двигателя, укладку обмотки статора и установку ротора с постоянными магнитами, обмотка статора укладывается в немагнитный каркас, который размещается внутри шихтованного пакета статора.
Погружной электродвигатель с постоянными магнитами работает следующим образом.
Постоянные магниты 11, установленные на роторе, создают магнитный поток, который проходит через обмотку 7 статора 2, уложенную в немагнитном каркасе 5, через шихтованный статор 2, и воздушный зазор. Благодаря тому что обмотка 7 вынесена из пазов статорного железа, ее индуктивное сопротивление значительно снижается по сравнению с пазовой машиной. Поэтому длительность коммутации тока при переключении полярности обмоток незначительная. Это повышает полезный момент двигателя.
Способ изготовления погружного вентильного электродвигателя с постоянными магнитами осуществляется следующим образом.
Шихтуется кольцевой беспазовый пакет статора 2, с двух сторон пакета статора запрессовываются немагнитные кольца 3 с пазами 4. В корпус двигателя 1 запрессовывается пакет статора 2, устанавливается ротор с постоянными магнитами 11. В запрессованный пакет статора 2 с правой и левой сторон надеваются, например склеиваются, две половинки каркаса 5, шлицы 6 которых заходят в пазы 4 немагнитных колец 3 и тоже, например, склеиваются. В установленный таким образом немагнитный каркас 5 укладывается впротяжку гладкая обмотка статора, что не требует дополнительной пазовой изоляции.
Благодаря беспазовой конструкции статора индуктивные сопротивления Xd и Xq снижаются в 2-2,5 раза по сравнению с двигателем с обмоткой, уложенной в пазы статорного железа. В результате углы коммутации при переключении тиристорным коммутатором обмоток двигателя снижаются в 2-2,5 раза, что приводит к увеличению момента машины.
Предлагаемое изобретение позволяет использовать вентильный электродвигатель с пониженными индуктивными сопротивлениями по осям для работы в качестве погружного электродвигателя, а новый способ упрощает технологию его изготовления.
1. Погружной электродвигатель, содержащий беспазовый статор с обмоткой и явнополюсный ротор с постоянными магнитами, отличающийся тем, что обмотка статора выполнена гладкой беспазовой и уложена в немагнитном каркасе беспазового пакета статора с немагнитными кольцами, который запрессован в корпус электродвигателя.
2. Способ изготовления погружного электродвигателя с постоянными магнитами, включающий шихтовку пакета беспазового статора, установку ротора с постоянными магнитами и укладку обмотки статора, отличающийся тем, что обмотку статора выполняют гладкой беспазовой укладкой ее в немагнитный каркас, размещают каркас внутри шихтованного пакета беспазового статора с немагнитными кольцами, который запрессовывают в корпус электродвигателя.
Синхронная электрическая машина с постоянными магнитами
Синхронная электрическая машина относится к вращающимся электрическим машинам и может быть использована в конструкциях вентильных двигателей и генераторов.
Синхронная электрическая машина с постоянными высококоэрцитивными магнитами содержит кольцевой беспазовый статор в виде шихтованного цилиндрического магнитопровода с распределенной по окружности многофазной обмоткой с лобовыми соединениями, немагнитный сепаратор и цилиндрический ротор, включающий немагнитный вал и распределенные по окружности ферромагнитные полюсы в виде намагниченных в тангенциальном направлении постоянных призматических магнитов из редкоземельных материалов и вставки из магнитного материала, а также сплошную оболочку из карбоновых или кевларовых нитей толщиной 0,2-0,3 мм, размещенной с наружной стороны магнитов и вставок.
Полезная модель относится к вращающимся электрическим машинам и может быть использована в конструкциях вентильных электродвигателей и генераторов.
Известны электрические машины, в которых магнитный поток возбуждения создается постоянными магнитами, имеющими как радиальную намагниченность (Ледовский А.Н. Электрические машины с высококоэрцитивными постоянными магнитами. М.: Энергоатомиздат, 1985, с.19, рис.2.1/, так и тангенциальную /1, с.19, рис.2.2/, причем магниты, имеющие призматическую форму, размещены в теле сборного ротора. Для обеспечения механической прочности конструкции на собранные магниты и втулку надевается сварной бандаж сложной конструкции. Такая конструкция магнитной системы ротора нетехнологична из-за большого количества деталей и сложности сборки. Также не полностью используется объем редкоземельных магнитов, а наличие полюсных башмаков из магнитной стали обеспечивает уменьшение, рабочего зазора, но увеличивает индуктивность машины, что снижает жесткость внешней характеристики и усложняет совмещение двигательного и генераторного режимов. Кроме того, такая конструкция увеличивает диаметральный размер ротора, что неприемлемо для таких применений, например, как забойные телеметрические системы, где диаметральный размер электрической машины ограничен диаметром арматуры забойной телеметрической системы (внешний диаметр 50 мм), а также необходимой величиной зазора для прохождения охлаждающей жидкостью.
Недостаток такой конструкции в том, что она предназначена для машин большого диаметра, а при малых диаметрах, ограниченных 50 мм, невозможно выполнить такое крепление магнитов, а также невозможно обеспечить достаточную величину зазора для прохождения охлаждающей жидкости при сохранении малого диаметра машины.
Поставленная задача решается тем, что синхронная электрическая машина с постоянными высококоэрцитивными магнитами, так же как и прототип, содержит кольцевой беспазовый статор в виде шихтованного цилиндрического магнитопровода с распределенной по окружности многофазной обмоткой с лобовыми соединениями, немагнитный сепаратор, и цилиндрический ротор, включающий немагнитный вал, и распределенные по окружности ферромагнитные полюсы в виде намагниченных в тангенциальном направлении постоянных призматических магнитов из редкоземельных материалов, и вставки из магнитного материала, а также устройство закрепления указанных магнитов и вставок (устройство обеспечения механической прочности ротора).
В отличие от прототипа, устройство закрепления магнитов (устройство обеспечения механической прочности ротора) выполнено в виде оболочки из карбоновых или кевларовых нитей, толщиной 0,2-0,3 мм, размещенной с наружной стороны магнитов и вставок.
Техническим результатом такого решения явилось уменьшение толщины бандажа. В результате воздушный зазор становится больше, что улучшает циркуляцию охлаждающей жидкости (масла) и снижает тепловую нагрузку машины.
Кроме того, снизить диаметральный размер при сохранении выходной мощности (напряженности магнитного поля) можно задействовав лобовые соединения. Поскольку предлагаемая машина имеет беспазовое исполнение, а крепление обмотки осуществляется посредством немагнитного сепаратора, то с технологической точки зрения возможен вариант исполнения машины с разными длинами ротора и пакета статора. В предлагаемой полезной модели ротор выполнен длиной, сопоставимой с длиной прямолинейных участков вылета лобовых соединений.
Техническим результатом заявляемой конструкции является ее упрощение за счет устранения необходимости применения сварного цилиндра, что упрощает конструкцию и позволяет уменьшить диаметр машины, сохраняя необходимую удельную мощность. Прочность и коррозионные свойства карбоновых или кевларовых нитей позволяют использовать нити толщиной не более 0,2-0,3 мм, и, таким образом, при ограничении внешнего диаметра, позволяют обеспечить достаточную величину зазора для прохождения охлаждающей жидкости. Кроме того, приращение электродвижущей силы за счет использования лобовых частей позволило уложиться в требуемые значения выходной мощности при уменьшении диаметра машины.
Синхронная электрическая машина содержит кольцевой статор, с магнитопроводом статора 1, с распределенной по окружности обмоткой 2, немагнитный сепаратор 3. Цилиндрический ротор включает немагнитный вал 4, распределенные по окружности ферромагнитные полюса 5, выполненные в виде магнитных вставок, закрепленных в теле ротора методом склеивания. Постоянный магнит 6, создающий рабочий магнитный поток, выполнен из редкоземельного высококоэрцитивного материала. С наружной стороны магнитов и вставок размещена сплошная оболочка 7 из карбоновых или кевларовых нитей, толщиной не более 0,2-0,3 мм, обеспечивающая необходимую механическую прочность. В зазоре 8 проходит поток охлаждающей жидкости (масла).
На фиг.2 представлен вид с торца на электрическую машину. Цифрой 9 обозначены лобовые соединения обмотки статора.
При работе такой синхронной машины в забойной телеметрической системе, где внешний диаметр ограничен диаметром трубы, одной из главных задач является уменьшение габаритных размеров, и в первую очередь, уменьшение радиального размера. Это обусловлено необходимостью перехода на меньшие диаметры арматуры забойной телеметрической системы, что позволяет существенно расширить ее функциональные и эксплуатационные возможности. Однако, снижение габаритных размеров не должно снизить выходные показатели генератора, и условия охлаждения генератора. При использовании сварного бандажа, зазор 8 становится крайне малым, и недостаточным для охлаждения. Свойства карбоновых или кевларовых нитей, а именно их механическая прочность, коррозионная стойкость и стойкость к маслам, позволяют существенно уменьшить толщину устройства обеспечения механической прочности электрической машины, а именно оболочки 7 при таких малых радиальных размерах, за счет чего появляется возможность сохранить достаточную ширину зазора 8 и сохранить условия охлаждения. Проведенные расчеты и эксперименты показали, что хорошая механическая прочность и достаточное охлаждение обеспечиваются при толщине оболочки 7 от 0,2 до 0,3 мм.
Кроме того, так как внешние габариты статора генератора заданы размерами забойной арматуры (внешний диаметр 50 мм и аксиальная длина 140 мм), то повышение его удельной мощности возможно только за счет оптимального использования магнитных и проводниковых материалов в заданном объеме. Наряду со многими и устоявшимися направлениями повышения удельных показателей электрической машины возможно улучшение использования внутреннего объема машины, занимаемого ее лобовыми соединениями 9. Рассматриваемая машина имеет беспазовое исполнение, а крепление обмотки осуществляется посредством немагнитного сепаратора 3. Поэтому с технологической точки зрения становится возможным вариант исполнения машины с разными длинами ротора и пакета статора. На основании проведенных расчетов длина ротора с каждой стороны была увеличена на величину, сопоставимую с длиной прямолинейных участков вылета лобовых соединений 9. Поскольку ротор выполнен из высококоэрцитивных постоянных магнитов 6, он наводит магнитное поле. Линии магнитного поля, создаваемого ротором, пересекают лобовые части 9 обмотки, соответственно. В них наводится ЭДС. В результате, за счет удлинения ротора и наведения в лобовых частях магнитного поля, полученное приращение электродвижущей силы составило 1,5-1,7 В, что позволило уложиться в требуемые значения выходных параметров, при снижении радиального размера до 50 мм. Дальнейшее увеличение длины ротора приводит к тому, что проводники лобовых частей располагаются практически вдоль силовых линий магнитного поля, и наведенная ЭДС в этих частях пренебрежимо мала, при этом ротор становится более массивным и нагруженным с механической точки зрения, что приводит к его удорожанию.
Таким образом, используемые признаки полезной модели позволили выполнить размеры машины на требуемом уровне, не снижая выходных показателей, а именно удельной мощности и увеличить зазор для прохождения охлаждающей жидкости и снизить тепловую нагрузку машины.
1. Синхронная электрическая машина с постоянными магнитами, содержащая кольцевой беспазовый статор в виде шихтованного цилиндрического магнитопровода с распределенной по окружности многофазной обмоткой и цилиндрический ротор, включающий немагнитный вал и распределенные по окружности ферромагнитные полюсы в виде намагниченных в тангенциальном направлении постоянных призматических магнитов и вставки из магнитомягкого материала, а также устройство закрепления указанных магнитов и вставок (устройство обеспечения механической прочности ротора), отличающаяся тем, что устройство закрепления магнитов (устройство обеспечения механической прочности ротора) выполнено в виде сплошной оболочки из карбоновых или кевларовых нитей толщиной 0,2-0,3 мм, размещенной с наружной стороны магнитов и вставок.
2. Синхронная электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что ротор выполнен длиной, превышающей длину статора на величину, примерно равную длине прямолинейных участков вылета лобовых соединений.