Диссертация (Автоматизированное конструирование авиационных генераторов с постоянными магнитами), страница 5

maxn 1kf BBIIy x, y  x   2(2.5)y  hм  - коэффициент потока возбуждения k  (отношение полного потока черезрабочий зазор к потоку от основной гармонической индукции в зазоре):k    1 BIIy x, y  y h0 BIIy x, y  ny1hм dx(2.6)м dx0- расчетный коэффициент полюсного перекрытия i (отношение среднегозначения индукции в зазоре к максимальному значению индукции под42центром полюса):B.срi B1BIIy x, y dxy  hм   0BIIy x, y  x   22k f k(2.7)y  hм  - коэффициент формы ЭДС k B (отношение действующего значения основной гармонической индукции в зазоре к среднему значению индукции):kB 1BIIy x, y  x   2y  hм  2B1.дn 1 B.ср 12 2 kBIIy x, y dxy  hм  0(2.8)В работе [104] традиционная система расчетных коэффициентов, характеризующих поле возбуждения, дополнена коэффициентом индукции в зазоре k B, связывающим максимальное значение индукции под центром полюса в режиме холостого хода B.хх с остаточной индукцией магнита Br :k B B.ххBr n sinh  hм 41  sin  n   n 1,3  n2  nsinh  hм     N (2.9)Составляющие магнитной индукции поля реакции якоря для синхронноймашины с радиальными редкоземельными магнитами и немагнитной обоймой согласно работе [34] определяются следующими выражениями: sinh  y    sin   x Bx x, y   0 Fоя  sinh hм    ch y    cos  x By x, y   0 Fоя   sh hм   (2.10)(2.11)На основании этих выражений главные индуктивные сопротивления реакцииякоря по продольной и поперечной осям43X ad  X aq 4m0l wфkоp2 f coth  hм  (2.12)И расчетные коэффициенты поля реакции якоряkad  kaq  coth hм  (2.13)442.2.

Конструктивные схемы роторов с редкоземельнымимагнитами.Для крепления магнитов на роторе используются различные конструктивные схемы. Весьма эффективно использование немагнитных, напримертитановых обойм. Как показывают исследования использование немагнитных обойм, толщина которых реально составляет несколько миллиметров, несильно влияет на снижение магнитного потока в рабочем зазоре. Применениебиметаллических обойм или обойм из градиентного материала не снижаетмагнитный поток магнитов. Но увеличивает поперечное индуктивное сопротивление и продольную составляющую МДС реакции якоря [31].

Для снижения потерь в бандажах и нагрева редкоземельных магнитов, допустимые рабочие температуры которых находятся в предела двухсот градусов, бандажирационально выполнять шихтованными. Выполнение экспериментальногобандажа генератора ГТ-90 в АКБ «Якорь» из массивного ферромагнитногоматериала привело при испытании к появлению цветов побежалости на роторе. Выполнение канавок в бандаже не позволило значительно снизить егонагрев.

Однако, в индукторных генераторах с классической активной зоной смассивным ферромагнитным ротором использование канавок весьма эффективно.452.2.1. Конструктивная схема ротора с немагнитнойцилиндрической обоймой.В рассматриваемой конструкции немагнитная обойма представляет собой сплошной цилиндр с боковыми фланцами, в который на клей устанавливаются постоянные магниты. Затем обойма, с установленными магнитами,напрессовывается на вал, являющийся в данной конструкции ярмом (рисунок2.12). При высоких скоростях вращения ротора торцевые части обоймы разгружают ее тонкостенную часть, охватывающую цилиндрическую часть постоянных магнитов, позволяя оптимально использовать прочностные характеристики обоймы.Рисунок 2.12 - Эскиз магнитной системы ротора с немагнитной массивной обоймой: 1вал (ярмо), 2 – немагнитная обойма, 3 – постоянный магнит.Одной из разновидностей немагнитной цилиндрической обоймы являетсяшихтованная обойма (рисунок 2.13).46Рисунок 2.13 - Эскиз магнитной системы ротора с немагнитной шихтованной обоймой: 1вал (ярмо), 2- гайка, 3 – постоянный магнит, 4 – немагнитный кольцевая пластина.В данной конструкции немагнитная обойма представляет собой набор отдельных немагнитных кольцевых пластин, которые стягиваются на валу восевом направлении гайками.В роторах с немагнитной цилиндрической обоймой используются, какправило, постоянные магниты радиальной намагниченности.

К достоинствамрассматриваемых схем роторов относятся:- простота конструкции,- технологичность,- малая масса,- большие допустимые механические нагрузки.К недостаткам можно отнести:- увеличенный немагнитный зазор между магнитом и ферромагнитной поверхностью статора,- повышенное по сравнению с другими типами обойм увеличение наружногодиаметра ротора при нагружении центробежными силами.472.2.2. Конструктивная схема роторасо слоистой магнитно-немагнитной обоймой.На рисунке 2.14 представлен эскиз магнитной системы ротора радиальной намагниченности со слоистой магнитно-немагнитной обоймой [78]. Втакой обойме магнитные участки в осевом направлении чередуются с немагнитными. Магнитные участки образованы зубцами полюсных наконечников,расположенных над постоянными магнитами и стальными листами, расположенными под постоянными магнитами.

В пазах полюсных наконечниковпроходят титановые листы, являющиеся силовыми элементами, удерживающими на роторе постоянные магниты и полюсные наконечники.Рисунок 2.14 - Эскиз магнитной системы ротора радиальной намагниченности со слоистоймагнитно-немагнитной обоймой: 1 – фланец, 2 – постоянный магнит, 3 – полюсный наконечник, 4 – немагнитная кольцевая пластина (силовой элемент), 5 – ярмо, 6 – вал.48Магнитные и немагнитные участки фиксируются на валу от осевого перемещения с помощью фланцев.На рисунке 2.15 представлен эскиз магнитной системы ротора тангенциальной намагниченности со слоистой магнитно-немагнитной обоймой [79].

Отличие рассматриваемой конструкции от предыдущей состоит в том, что полюсные наконечники располагаются между магнитами и удерживаются винтами, проходящими через отверстия в титановых листах. Титановые листыудерживают винты и установленные в них постоянные магниты.Рисунок 2.15 - Эскиз магнитной системы ротора тангенциальной намагниченности со слоистой магнитно-немагнитной обоймой: 1 – вал, 2 – полюсный наконечник, 3 - немагнитнаякольцевая пластина (силовой элемент), 4 – винт, 5 – постоянный магнит.Отношение толщинысилового элемента к толщине магнитного полюсаопределяется прочность ротора.Достоинство рассматриваемых роторов:- меньше немагнитный зазор по сравнению с ротором, имеющим немагнитную цилиндрическую обойму,- лучшее использование объема ротора.Недостатки рассматриваемых роторов:49- неравномерность распределения магнитного поля в осевом направлении ротора,- сложность конструкции,- сложная технология сборки,- большая масса.502.2.3.

Конструктивная схема ротора с биметаллической обоймой.В рассматриваемой конструкции обойма выполнена в виде равнопрочногосплава 2-х металлов, полученного методом намораживания, образуя чередование магнитных и немагнитных зон в тангенциальном направлении. Однимиз свариваемых металлов является магнитомягкая сталь, которая выполняетроль полюсного наконечника, другим – медно-никелевый сплав, который образует немагнитные зоны между полюсными наконечниками. На рисунке2.16 представлен эскиз магнитной системы ротора радиальной намагниченности с биметаллической обоймой.Рисунок 2.16 - Эскиз магнитной системы ротора радиальной намагниченности с биметаллической обоймой: 1 – вал (ярмо), 2 – постоянный магнит, 3 – биметаллическая обойма.В такой конструкции магнитная зона располагается над магнитом. На рисунке 2.17 представлен эскиз магнитной системы ротора тангенциальной намагниченности с биметаллической обоймой.

Отличием от предыдущей схемыявляется наличие полюсного наконечника.51Рисунок 2.17 - Эскиз магнитной системы ротора тангенциальной намагниченности с биметаллической обоймой: 1 – вал (ярмо), 2 - постоянный магнит, 3 – полюсный наконечник, 4 – биметаллическая обойма.Достоинством рассматриваемых конструктивных схем является:- простота конструкции,- немагнитный зазор равен рабочему зазору.Недостаток рассматриваемой схемы:- большая масса,- сложная технология сварки немагнитного и ферромагнитного металлов.522.2.4. Конструктивная схема ротора с обоймой из градиентногоматериала.В рассматриваемой конструкции обойма представляет собой наборидентичных кольцевых пластин, стянутых в осевом направлении.

Пластиныизготовлены из специального магнитного материала, в котором после специальной термической обработки образуют немагнитные зоны необходимойгеометрии. Обойма из градиентного материала в электромагнитном отношении является одним из вариантов биметаллической обоймы. На рисунке 2.18представлен эскиз магнитной системы ротора радиальной намагниченности собоймой из градиентного материала [77].Рисунок 2.18 - Эскиз магнитной системы ротора радиальной намагниченности с градиентным материалом: 1- вал, 2 – постоянный магнит, 3 – обойма.В обойме такого ротора немагнитные зоны выполнены между магнитами. Нарисунке 2.19 представлен эскиз магнитной системы ротора тангенциальнойнамагниченности [77].53Рисунок 2.19 - Эскиз магнитной системы ротора тангенциальной намагниченности с градиентным материалом: 1- вал, 2 – постоянный магнит, 3 – обойма.Достоинством рассматриваемых конструктивных схем является:- немагнитный зазор равен рабочему,- лучшее использование объема ротора.Недостаток рассматриваемых конструктивных схем:- большая масса,- меньше допустимые механические нагрузки,- трудоемкость изготовления,- высокая стоимость.542.3.