1. Магнитный блок, содержащий сборный постоянный магнит, образованный множеством электрически изолированных друг от друга пластинок из магнитного материала, склеенных между собой через изолирующие прокладки, отличающийся тем, что содержит корпус, состоящий из немагнитного каркаса, выполненного из непроводящего материала, и бандажа, выполненного из непроводящих переплетенных нитей или волокон, причем указанный магнит размещен в каркасе, который оставляет открытыми противоположные стороны указанного магнита, перпендикулярные направлению намагниченности, а бандаж выполнен так, что охватывает не закрытые каркасом стороны магнита.

2. Магнитный блок, содержащий сборный постоянный магнит, образованный множеством электрически изолированных друг от друга пластинок из магнитного материала, склеенных между собой через изолирующие прокладки, отличающийся тем, что содержит корпус, состоящий из немагнитного каркаса, выполненного с использованием проводящего материала таким образом, что электрический контур, образуемый указанным каркасом, имеет разрыв, и бандажа, выполненного из непроводящих переплетенных нитей или волокон, причем указанный магнит размещен в каркасе, который оставляет открытыми противоположные стороны указанного магнита, перпендикулярные направлению намагниченности, а бандаж выполнен так, что охватывает не закрытые каркасом стороны магнита.

3. Магнитный блок по п.2, отличающийся тем, что разрыв электрического контура каркаса обеспечен использованием в каркасе непроводящего материала.

4. Магнитный блок по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что бандаж из непроводящих переплетенных нитей пропитан связующим.

5. Магнитный блок по п.4, отличающийся тем, что бандаж из непроводящих переплетенных нитей опрессован совместно с пластинками и каркасом с полимеризацией связующего.

6. Магнитный блок по п.5, отличающийся тем, что связующее представляет собой эпоксидный компаунд.

7. Магнитный блок по п.5, отличающийся тем, что бандаж выполнен в виде ленты из переплетенных высокопрочных нитей.

8. Магнитный блок по п.7, отличающийся тем, что лента из переплетенных высокопрочных нитей выполнена из стеклоткани.

9. Магнитный блок по п.7, отличающийся тем, что лента из переплетенных высокопрочных нитей обмотана вокруг каркаса.

 

(57) Реферат / Формула:
Магнитный блок, содержащий сборный постоянный магнит, образованный множеством электрически изолированных друг от друга пластинок из магнитного материала, склеенных между собой через изолирующие прокладки, отличающийся тем, что содержит корпус, состоящий из немагнитного каркаса, выполненного из непроводящего материала, и бандажа, выполненного из непроводящих переплетенных нитей или волокон, причем указанный магнит размещен в каркасе, который оставляет открытыми противоположные стороны указанного магнита, перпендикулярные направлению намагниченности, а бандаж выполнен так, что охватывает не закрытые каркасом стороны магнита.

2. Магнитный блок, содержащий сборный постоянный магнит, образованный множеством электрически изолированных друг от друга пластинок из магнитного материала, склеенных между собой через изолирующие прокладки, отличающийся тем, что содержит корпус, состоящий из немагнитного каркаса, выполненного с использованием проводящего материала таким образом, что электрический контур, образуемый указанным каркасом, имеет разрыв, и бандажа, выполненного из непроводящих переплетенных нитей или волокон, причем указанный магнит размещен в каркасе, который оставляет открытыми противоположные стороны указанного магнита, перпендикулярные направлению намагниченности, а бандаж выполнен так, что охватывает не закрытые каркасом стороны магнита.

3. Магнитный блок по п.2, отличающийся тем, что разрыв электрического контура каркаса обеспечен использованием в каркасе непроводящего материала.

4. Магнитный блок по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что бандаж из непроводящих переплетенных нитей пропитан связующим.

5. Магнитный блок по п.4, отличающийся тем, что бандаж из непроводящих переплетенных нитей опрессован совместно с пластинками и каркасом с полимеризацией связующего.

6. Магнитный блок по п.5, отличающийся тем, что связующее представляет собой эпоксидный компаунд.

7. Магнитный блок по п.5, отличающийся тем, что бандаж выполнен в виде ленты из переплетенных высокопрочных нитей.

8. Магнитный блок по п.7, отличающийся тем, что лента из переплетенных высокопрочных нитей выполнена из стеклоткани.

9. Магнитный блок по п.7, отличающийся тем, что лента из переплетенных высокопрочных нитей обмотана вокруг каркаса.

 

---

009858
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к постоянным магнитам, применяемым в электромагнитных системах, в частности в электрических машинах.
Уровень техники
В различных электромагнитных системах постоянные магниты находят самое разнообразное применение. В электрических машинах, например, постоянные магниты широко используются при создании электромагнитных систем возбуждения, расположенных на роторе. При традиционном исполнении таких магнитов в виде сплошных блоков, во время работы электрической машины, как и в любой электромагнитной системе с высокой частотой изменения магнитного поля, в теле магнита возникают вихревые токи, что приводит к нагреву магнитов. Величины потерь мощности в традиционно используемых блоках магнитов таковы, что без принятия дополнительных мер температура магнитов превышает предельно допустимые величины. При этом возможно существенное снижение магнитных характеристик постоянных магнитов, их размагничивание и выход электромагнитных систем из строя.
Из уровня техники известны решения, описанные, например, в US 6936945, US 6703743, в которых магниты разделяют в направлении протекания вихревых токов на большое число частей. Такое разделение приводит к увеличению сопротивления по пути протекания вихревых токов, замыкающихся по поверхности магнита, и, соответственно, снижает потери мощности и температуру магнитов. Размер каждой элементарной части зависит от частоты изменения магнитного поля и, соответственно, число частей определяется частотой изменения магнитного поля и размерами магнитной системы.
Общим недостатком таких конструкций является необходимость установки в пазы магнитопровода электромагнитной системы, в частности ротора, каждой элементарной части магнита по отдельности, что при большом числе частей и больших габаритах магнитной системы существенно усложняет процесс сборки. Сборка элементарных частей магнитов в единый блок большого размера вне магнитопровода системы весьма затруднительна, т.к. на отдельные однонаправленно намагниченные элементарные части постоянного магнита действуют силы, препятствующие их совмещению.
Решением, наиболее близким к заявленному изобретению, является магнит, описанный в патенте Российской Федерации № 2195007. Данный магнит состоит из отдельных электрически изолированных друг от друга пластинок из магнитного материала, толщина которых определяется глубиной скин-слоя для магнитного поля используемой частоты. Отдельные пластинки склеиваются между собой, причем для изоляции их друг от друга предусмотрены тонкие прокладки из электроизоляционного материала. В этом случае обеспечиваются минимальные потери на вихревые токи.
Недостатком такой конструкции является недостаточная механическая прочность и устойчивость изготовленного таким образом магнита к внешним магнитным и механическим воздействиям. Прочность склеивания обеспечивает удержание сил отталкивания отдельных пластинок только для блоков сравнительно малого размера, применяемых для измерительной техники, с характерным размером порядка 100 мм и весом около 1 кг.
Для современных мощных магнитных систем, в частности для вентильных электродвигателей с постоянными магнитами мощностью в несколько мегаватт, необходимы магнитные блоки с размером и весом в 10 раз и более превышающим указанные величины. Для таких магнитных сборок силы отталкивания и собственная весовая нагрузка существенно превышают прочность, обеспечиваемую склеиванием. Кроме того, при монтаже таких крупных сборок в пазы магнитной системы дополнительно возникают силы внешнего магнитного и механического воздействия, стремящиеся сместить пластинки друг относительно друга в направлении, параллельном склеенным сторонам. При увеличении такого смещения силы отталкивания, действующие между пластинками, возрастают, что ведет к дальнейшей деформации или даже разрушению магнита.
Силы отталкивания и смещения можно минимизировать и компенсировать, обеспечив дополнительную механическую фиксацию пластинок как в процессе изготовления, так и при дальнейшем использовании так, чтобы отдельные пластинки были максимально сжаты между собой и их грани были максимально выровнены по отношению друг к другу. Это позволяет решить задачу увеличения линейных размеров магнитных сборок и, соответственно, увеличить магнитный поток, создаваемый постоянным магнитом.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в создании постоянного магнита с минимальными потерями на вихревые токи, способного создавать значительный магнитный поток и устойчивого к внешним нагрузкам. При этом должны обеспечиваться технологичность изготовления, а также удобство и простота монтажа постоянного магнита в электромагнитной системе, в частности в электрической машине.
Данная задача решается путем изготовления магнитного блока, сборный магнит которого образован множеством электрически изолированных друг от друга пластинок из магнитного материала, склеенных между собой через изолирующие прокладки, отличающегося тем, что он содержит корпус, состоящий из немагнитного каркаса, выполненного из непроводящего материала, и бандажа, выполненного из переплетенных нитей или волокон, причем указанный магнит размещен в каркасе с оставлением открытыми,
- 1 -
009858
по меньшей мере, противоположных сторон указанного магнита, перпендикулярных направлению намагниченности, а бандаж охватывает указанные противоположные стороны магнита.
В альтернативном варианте корпус, состоящий из немагнитного каркаса, выполнен с использованием проводящего материала таким образом, что электрический контур, образованный указанным каркасом, имеет разрыв.
В этом случае предпочтительно, чтобы данный разрыв был обеспечен использованием в каркасе непроводящего материала.
В такой конструкции силы отталкивания пластинок воспринимаются каркасом, а силы смещения минимальны, так как бандажный материал обеспечивает точное совмещение граней составных частей -пластинок из магнитного материала. Бандажный материал также препятствует смещению пластинок в направлении, параллельном их плоскости, что могло бы привести к увеличению сил, действующих между пластинками. При этом суммарная толщина бандажного материала может составлять очень малую часть (не более 3%) от размера магнита по направлению намагниченности и практически не снижает магнитные параметры сборки.
Возможность последовательной установки каждой магнитной пластинки в каркас с последующей ее фиксацией бандажом обеспечивает высокую технологичность процесса.
Каркас магнитного блока изготавливается из немагнитных материалов. При этом каркас может быть как сплошным, изготовленным из непроводящего материала, так и изготовленным из различных материалов, только один из которых является непроводящим. В последнем случае этот непроводящий материал должен обеспечивать электрический разрыв по контуру каркаса с целью предотвращения возникновения замкнутого контура, по которому пойдет вихревой ток, а остальные части каркаса могут быть выполнены, в целях повышения механической прочности, из немагнитного металла, предпочтительно с высоким удельным электрическим сопротивлением.
Бандажный материал должен быть непроводящим и, предпочтительно, выполнен в виде ленты из переплетенных высокопрочных нитей. Ортогональное или под углом переплетение нитей увеличивает механическую прочность бандажа и препятствует смещению магнитных пластинок из каркаса, в отличие от параллельных нитей, которые могут раздвигаться при смещении пластинок. Материал ленты может представлять собой стеклоткань.
Предпочтительно, бандажный материал в виде ленты обмотан вокруг каркаса и установленных в нем магнитов, пропитан связующим, опрессован и заполимеризован совместно с пластинками и каркасом. Связующее может представлять собой компаунд, например, эпоксидный, холодного или горячего отверждения с температурой, не превышающей рабочей температуры магнитов.
Краткое описание чертежа
На чертеже схематически изображен пример магнитного блока, выполненного в соответствии с настоящим изобретением:
1 - пластинки постоянного магнита (ПМ);
2 - клеевой слой с тонкой прокладкой из электроизоляционного материала;
3 - каркас из немагнитного материала;
4 - бандаж из высокопрочных непроводящих переплетенных нитей или волокон.
Осуществление изобретения
Далее будет рассмотрен один из примерных вариантов осуществления магнитного блока в соответствии с настоящим изобретением. Указанный вариант реализован при изготовлении магнитных блоков для роторов вентильных электродвигателей с постоянными магнитами, на каждом из которых установлено 56 магнитных блоков.
Для рассматриваемого ротора каждый магнитный блок имеет размер 35x80x600 мм (по магнитной сборке, размер по намагниченности 35 мм) и вес 12,5 кг. Магниты набраны из пластинок толщиной 3 мм, склеенных эпоксидным клеем с изолирующей прокладкой из стеклоткани толщиной 0,1 мм. Каркас выполнен комбинированным: три стороны выполнены из стеклопластика, а четвертая сторона из нержавеющей немагнитной стали. В случае, если ротор имеет меньшие размеры, при длине магнитного блока, например, порядка 420 мм, все стороны каркаса могут быть выполнены из стеклопластика.
Бандаж выполнен из стеклоленты марки ЛЭС 0,15x20 мм, промазанной эпоксидным компаундом и намотанной с натягом на длинные стороны сборки в 1 слой в 2/3 нахлеста. При этом общая толщина бандажа на сторону составляет 0,5 мм. Указанная сборка опрессована в размер 36 мм, обеспечивающий установку магнитных блоков в пазы магнитной системы ротора, и полимеризована в холодном состоянии.
Кроме стеклоткани или стеклоленты с промазкой связующим могут быть применены любые ленты, используемые при изготовлении электрической изоляции, а также для других целей. Могут быть применены как сухие ленты с последующей вакуум-нагнетательной пропиткой компаундом и полимеризацией при высокой температуре, так и ленты с клеящим подслоем. Также могут применяться и другие непроводящие высокопрочные бандажные материалы, например углепластики, кевлар и т. п.
- 2 -
009858
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Магнитный блок, содержащий сборный постоянный магнит, образованный множеством электрически изолированных друг от друга пластинок из магнитного материала, склеенных между собой через изолирующие прокладки, отличающийся тем, что содержит корпус, состоящий из немагнитного каркаса, выполненного из непроводящего материала, и бандажа, выполненного из непроводящих переплетенных нитей или волокон, причем указанный магнит размещен в каркасе, который оставляет открытыми противоположные стороны указанного магнита, перпендикулярные направлению намагниченности, а бандаж выполнен так, что охватывает не закрытые каркасом стороны магнита.
2. Магнитный блок, содержащий сборный постоянный магнит, образованный множеством электрически изолированных друг от друга пластинок из магнитного материала, склеенных между собой через изолирующие прокладки, отличающийся тем, что содержит корпус, состоящий из немагнитного каркаса, выполненного с использованием проводящего материала таким образом, что электрический контур, образуемый указанным каркасом, имеет разрыв, и бандажа, выполненного из непроводящих переплетенных нитей или волокон, причем указанный магнит размещен в каркасе, который оставляет открытыми противоположные стороны указанного магнита, перпендикулярные направлению намагниченности, а бандаж выполнен так, что охватывает не закрытые каркасом стороны магнита.
3. Магнитный блок по п.2, отличающийся тем, что разрыв электрического контура каркаса обеспечен использованием в каркасе непроводящего материала.
4. Магнитный блок по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что бандаж из непроводящих переплетенных нитей пропитан связующим.
5. Магнитный блок по п.4, отличающийся тем, что бандаж из непроводящих переплетенных нитей опрессован совместно с пластинками и каркасом с полимеризацией связующего.
6. Магнитный блок по п.5, отличающийся тем, что связующее представляет собой эпоксидный компаунд.
7. Магнитный блок по п.5, отличающийся тем, что бандаж выполнен в виде ленты из переплетенных высокопрочных нитей.
8. Магнитный блок по п.7, отличающийся тем, что лента из переплетенных высокопрочных нитей выполнена из стеклоткани.
9. Магнитный блок по п.7, отличающийся тем, что лента из переплетенных высокопрочных нитей обмотана вокруг каркаса.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
- 3 -