Ротор электрической машины

Ротор электрической машины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в быстроходных синхронных электрических машинах с возбуждением от постоянных редкоземельных магнитов. Целью изобретения является улучшение использования объема ротора. Активная часть ротора содержит кольцевые пластины 3 из немагнитного материала, соединенные по торцовым поверхностям с постоянными магнитами и магниты А в виде плоских радиально намагниченных сегментов. Улучшенная сбалансированность ротора на высоких оборотах повышает надежность, исключает необходимость использования бандажа. 2 ил.

Фм Д"

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК (51)5 H 02 К 1/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

О

4 Э

Ю

СО

В (21) 4702866/07 (22) 09.06.89 (46) 07.01.92. Бюл. М 1 (75) Н.В.Мартынов (53) 621.313.322 (088.8) (56) Сергеев П.С. и др. Проектирование электрических машин. — M. Энергия, 1969.

Авторское свидетельство СССР

N. 1262641, кл. Н 02 К. 15/02, 1986. (54) РОТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ (57) Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в

„„ ж„„1704228 А1 быстроходных синхронных электрических машинах с возбуждением от постоянных редкоземельных магнитов. Целью изобретения является улучшение использования обьема ротора. Активная часть ротора содержит кольцевые пластины 3 из немагнитного материала, соединенные по торцовым поверхностям с постоянными магнитами и магниты 4 в виде плоских радиально намагниченных сегментов. Улучшенная сбалансированность ротора на высоких оборотах . повышает надежность, исключает необходимость использования бандажа. 2 ил.

1704228

I1э .GpeTP»с <1»со к элок» <. О<лд ш и»»ос»рэению и .-1о..е< бь»ть Hollo ь".; .эно в быстроходных синхронных эл "ктрических мякинах с возбужд":.: ием оТ постоян»1ь»х род :0;- . 1ель»<ых мэг»иTO!I, э1эк. .0»< качестве р To»oà ве.lò!1I ьH01»ллшины и с .,»<ного тока либо в vB÷ãcT»<.1 индуктора ..и . .; GHHO го генератора или тэхоге»<еоэ»орэ, преимущественно малых габарито".„например в качестве подвижной части радио, »»»o» о подшипника на постоянных магнитах.

Известны ко»»струкц;»и potopOB электр.1 »еск;. маши<1, в IloTop»lx кре»<ле»ги ° noIl loco Г ь»полне» э ба i TB»>!1 ли ОО v1éH ьями в паз "x.

Наиболее близким по тех»»ичсской сущности явл<яется po op элект1:ичесхой машиНЫ, Э»;!ИВНдЯ ЧЭСТЬ VOTOPOI O СОС < О .1Т ИЗ

»<амаг»»иченных о рэ,;.»ально;", H:правлении постоянных магнитов, прсимущестоенно из редкоземельных металлов. Постоянные магниты ротора. одновременно являющиеся его полюсами, гь<г»ол»»е»<ы rà»: единое це-, лОе в Осевом Hoпрэ»<лен»л»1. Ротор содержит бандаж, закрогляю ц;.й постоянные магниты нэ магниtovlpouo,эе ротора, Недостатко»1 из г естного устройства я в. ляются невысокие удельные характеристики вследствио большого»1< èàvíìtíoão зазора между стэтором и ротором, основную часть которого, особенно при возрастании рабочих скоресте, составляет толщина бандажа.

Цель изобретения — улучшение использования объема potop .

Поставленная цель достигается тем, что в известном роторе, активная часть которого содержит радиально намагниченные постоянные мэгн»ты пройму»цестоенно иэ сплавов редкоземельных металлов и кобальта, сышеупсмя»»утэя активная часть ротора снабжена пластинам» кольцевой

Формы из»»емэг»-»итного материала, соединенн»»ми по торцовым поверхностям с постоянными магнита л»1, выполненными в виде плоских сегм:-л»тов.

Одна из кольцевых пласт»лн в роторе может быть выполнено из vàtåpèàëà, обладающего эффектом памяти предшестоующеЙ фор 1ы, нэг»рим" р никели" 3 T11TBHG.

В результате 1спользовэния в предлагаемом роторе пластин из немэгнитного материала, устанавливае»лых между составляющими мэгн тэ, уменьшите»ся 1асСа фИКСИРУЮЩ»1Х МЭГНИТНУЮ CI1CTPM<, РОТОРЭ элементов, улучив;Tca сбэланс; рооэнность ротора на высоких Обор01эх, увеличив-!ã,.тся»1э< н»»тн;-»s, про О»» мос,ь з=эо -;э, тем с <»1. 1 .. о срэв»;=;HH»o с известн»м р г ром увел< ч :. оа<0тс<<",;„ - л»-. .: û хар экт ", < "кики

5 Нэ фиг, 1 показа»< про ;лэгае»ль<й ротор, оссвой разрез; нэ фиг. 2 -- сечение А-А на фиг. 1, Ротор состоит из посаженной на вал 1 втулки 2 из ма»нитного материала, Втулка 2 служит магнитопроводом ротора. Нэ втулку

2 надевают с натягом либо приклеивэ»от ряд

15

25

polop, в частности увели: ивается отноше»<и . в»<раба»ь вэеь»ой ро1оро»л энергии к массе злсмеHToD, закрепляющих его активную часть. кольцевь»х групп, Каждая кольцевая группа получается, например, путем прикг»еивания к несущему промежуточному плоскому кольцу 3, выполненному иэ немагнитного материала, радиально намагниченных сегментарных мo"гнитов 4. 1исло пар сегментарных магнитов равно требуемому числу пар полюсов ротора, Приклеивание по осей поверхнос111 прилегания сегментов к кольцу можно заменить диффузионной сваркой, пайкой. Сум»лэр»1ая толщина упрочняю<цих плоских колец из немэгнит»:ого материала определяется требуемой прочностью и радиальной жестксстью ротора при угонной частоте вращения. Количество этих пластин определяется допустимым тангенциальным напряжением в соедине»»ии кольца и магнитов (клеевом и др.), Мслэ»»ические про я»остные свойства кольца 3 должны быть значительно более высокими, чем у приклеиваемых сегментов из магнитных материа, лов (железо-неодим-бор), При этом условия получают наиболее высокиэ удельные характеристики ротора. Надеть»е на втулку группы образуют наборную активную часть ротора, При наборе активной части необходимо, чтобы соблюдалссь совпадение направления рэдиаль»»О»1 нэмэгничсннос1и в соседних кольцевых группах. Надетые на втулку групг<»» фиксируют торцовой гайкой

5. следя зэ тем, чтобы не произошло проворэчивания групп или среза магнитов, На наружную поверхность ротора наносят немагнитнь:й компаунд 6, после чего производят механическу»о шлифовку наружного полимеризооанного слоя, Вместо или помимо компау»»дэ на цили» дрическую поверхность ротора мож»10 установить

ТоН» остенную гильзу из немагнитного материала, это применимо при работе potopa в агрессивных средах с целью повышения

ГЕР»»ЕТИЧ»»ОСТ»1.

° В роторе хотя б»л один из плоских кольцевых элемсч»тоз иэ H pìäcнитного материала мо кот быть из отовле»» из»»атериэла с пэм»<тью формь» (напри». Ор, никелидэ титаНа). В н;-:гр;-.тп..» состоя»<.IIT данный кольцеООЙ ЭЛЕМЕ»»Т ДвфО»»М»1РУЮТ В ОСЕ BOM

H:,".рэвлении»<а вел<ич ., у < 1. После Остывэ1704228

ПгмаксiП12 B2 ma пзмакс гпз ВЗ п12

25 В1

62= Д

Н (2) 40

В1

ВЗ = = p— ния кольцевой элемент обретает первоначальную плоскую форму, к нему приклеивают полюсные сегменты, затем собирают активную часть ротора.

Ротор при усгзновке его, например, в статор синхронного генератора работает следующим образом.

В машинах этого типа переменное магнитное поле возбуждения образуется с помощью постоянных магнитов вращающегося ротора. В обмотках статора возбуждается переменный электрический ток. При работе ротор будет нагреваться и в наборе появятся сжимающие напряжения, пропорциональные технологической деформации кольцевого элемента А Вследствие этого набор ротора уплотняется и ротор приобретает необходимую жесткость. Жесткостью ротора, а следовательно„и его критическими скоростями можно адаптивно управлять, регулируя, например, охлаждение ротора.

По сравнению с известным предлагаемый ротор электрической машины обладает следующими преимуществами.

Предлагаемый ротор обладает лучшей массзнергетической характеристикой. Под массэнергетической характеристикой имеется в виду отношение гютребляемой либо вырабатываемой (в генераторном режиме) ротором энергии к массе элементов, закрепляющих его активную часть, Известно, что максимальная электромагнитная мощность, поступающая в элемент поверхности активной части ротора плакс. при работе B двигательном режиме либо снимаемая с элемента поверхности при работе в генераториом режиме, выражается через радиальную составляющую вектора Г3ойтинга д эм

haaac - Я - В, pв..„, (1) !

Яд где! — длина активной ч сти ротора;

R — внешний радиус ротора; у- угол дуги поверхности;

А — коэффициент, связ .нный с максимально возможной плотностью тока в статорной обмотке. р — число пар полюсов; йЛ вЂ” максимальная угловая скорость вращения ротора:

Вг — среднее значение по длине активной части ротора радиальной составляю.щей остаточной магнитной индукции постоянных магнитов.

Обозначим через Кэ — коэффициент, характеризующ. и отношение массэнергетических параметров предлагаемого ротора и известного. Тогда с учетом (1) получим для Кэ гдв m2 — масса фиксирующих элементов в предлагаемом роторе; гпз.— масса фиксирующего элемента в

10 известном роторе (масса бандажа);

Вг — средняя величина магнитной индукции на поверхности предлагаемого ротора:

Вз, — величина магнитной индукции на

15 поверхности известного ротора, Для определения Кэ найдем значения

Вг л1з

Вз m2 и —.. Согласно теории расчета маг20 нитных цепей величина магнитной индук- . ции на поверхности ротора, активная часть которого построена предлагаемым образом, определяется по формуле

I где B> — величина магнитной индукции для ротора без промежуточных кольцевых элементов;

6> — толщина кольцевого элемента;

Н вЂ” толщина присоединяемых к плоскому кольцевому элементу магнитных сегментов.

Величина магнитной индукции для ротора с бандажом, известного ротора понижается по формуле где Bi — величина магнитной индукции для ротора без бандажа; дг — толщина бандажа или обоймы;

h — величина воздушного зазора для электрической машины с ротором без бандажа.

Как фидно из формул (3) и (2), значения дг

Вг и Вз определяются отношениями и —. Из условий равнопрочности плоского

d)

Н

55 кольцевого элемента и бандажа при одной частоте вращения м, а также из условий одинаковости материалов кольцевого элемента и бандажа, одинаковости материалов магнитов в обоих случаях получается следующее соотношение:

1704228

У=(»йq)=

z(r>j — б ) д, го 2 (4) (2 + )() (6) (1 (t )21(1) С учетом (4) получим дг

1+т

Вг

Вэ с

20

Используя (4), получим х(2 )г+уг(г ) (5) ев (- +i ) т (1 /4)(1 гдв rt — внутренний радиус магнитного сегмента; °

10 гг- внешний р.=.диус.магнитного сегйентв

p — козффиц .ент Пуассона материала кольца v. бандажа.

Иэ выражений (3) и (2) с учетом д1

Н «1 следует

=(1.+ — h) j1 — — +(— ) ) . 25 дг, t ai at

»-» Н вЂ” =1+(-У)---У(1-у)х 30

Вг дг

Вэ h

Для наиболее распространенных случавЂ, = 0,2 - Î S: p 0.3:

71

72 гг - дг

= 50 — 100; — = 1 — 10

h будет следующее повышение магнитной ин- 45 дукц ж - 15.

» 2 з

Учитывая, что для рОТОроз, вращающих ся с высокими скоростями, требуется более толстый бандаж (— > 10 ), можно ска- 50 дг

h зать, что величина магнитной индукции в зазоре электро -.эшины с предлагаемым ротором будет на порядок больше, чем у машины с известным ротором. 55

При условии, что материал плоского кольцевого элемента и бзн„-::.жа;1меет одинаковый удельный вес, с1нов1ение масс — будет равно отношению о,.ъемов

П13

П12 п13 Р((гг +дг) гг) Н

m3 4 .

3+р)+(1 —,и)(" ) Для вышеуказанного диапазона параметров коэффициент К будет иметь следующие значения: К 1,8.

Укрепляющий элемент в виде бандажа или обоймы имеет более чем в три раза большую радиальную податливость по сравнению с податливость1о плоского кольцевого элемента. Это ведет к тому, что при высоких оборотах ротора происходит опасное уменьшение зазора в машине, а также может произойти отслаивание магнитов от магнитопроводящей втулки ротора, что недопустимо. Повышенная податливость обоймы ведет к росту с частотой вращения несбалансированности ротора. В предлагаемом роторе эти эффекты устр",няются повышенной жесткостью плоского кольцевого элемента.

Технология изготовления предлагаемого ротор; упрощается по сравнению с известным вследствие простоты иэгoTQBilEíèÿ и намагничивания плоских сегментов групп активной части, Применение плоских кольцевых элементов, обладающих эффектом памяти формы, например никелида титана, позволяет получить требуемое усилие стяжки в роторе и создать жесткую конструкцию ротора и тем самым повысить его критическую частоту вращения на 15-20;4, а также надежность и долгогечность.

Формула изобретения

Ротор электрической машины, активная часть которого содержит радиально намагниченные постоянные магниты преимущественно из сплава редкоземельных металлов и кобальта, отл ич а ю щи йс я тем, чтО, с целью улучшения использования объема ротора, его активная часть снабжена пластинлл1и кольцевой формы иэ немагнитного ма;ериала, соединенными 10 торцовым поверхностям с постоянными магнитами, выполненными в виде плоских сегментов.

1704228

Составитель Н.Мартынов .

Техред М.Моргентал Корректор Л.Бескид

Редактор Н.Тупица

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 67 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР.

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5