Проблема реализации магнитных систем широкого класса электротехнических устройств встает достаточно остро, начиная от сверхсильных полей для токомаков, ускорителей и томографов и кончая самыми распространенными электрическими машинами и трансформаторами. Для создания сверхсильных полей с индукцией свыше 10 Тл требуется применять сверхпроводимость и криогенные установки, описание которых приведено в [1–4], а элементная база отражена в [5, 6]. Проблема реализации магнитных систем широкого класса электромашин (ЭМ) и трансформаторов обсуждается в [7]. Эта проблема приобрела особое звучание в связи с широким применением постоянных магнитов (ПМ) для применения в синхронных ЭМ. Многообразие типов таких машин, конструктивных способов реализации магнитных систем приводит к необходимости их классификации и выяснению их особенностей путем анализа ряда патентных решений, что и является целью настоящей статьи.
Магнитные системы электромашин (ЭМ) с постоянными магнитами (ПМ) подразделяются на следующие категории.
1. Синхронные ЭМ c поверхностной установкой постоянных магнитов на ротор (англ. SPMSM – surface permanent magnet synchronous motor), изображенные на рис. 1а и 1б.
2. Синхронные ЭМ с инкорпорированными постоянными магнитами (англ. IPMSM – interior permanent magnet synchronous motor), изображенные на рис. 1в и 1г.
3. Синхронно-реактивные ЭМ (англ. SynRM – synchronous reluctance motor), изображенные на рис. 1е.
В зависимости от конструкции ротора и магнитной системы с ПМ различают:
а) SPMSM;
б) SPMSM с внутренней установкой ПМ;
в) IPMSM с радиальным магнитным полем;
г) IPMSM с тангенциальным магнитным полем;
д) PMSM с V-образным расположением постоянных магнитов;
е) SynRM с внутренней установкой постоянных магнитов;
ж) SynRM с продольной шихтовкой ротора;
з) SynRM с поперечной шихтовкой ротора.
Основное отличие типов конструкций роторов определяется различием отношения значений индуктивности по продольной и поперечной осям Ld/Lq относительно вращающейся системы координат d-q. Синхронные ЭМ c поверхностной установкой ПМ на ротор имеют соотношение Ld/Lq равное 1. Такие ЭМ используют только активную часть магнитного поля в качестве моментообразующей и вследствие этого имеют наибольшую эффективность в режиме двигателя на низких скоростях (в пределах номинальных значений скорости ротора).