Ротор высокоскоростной электрической машины

Ротор высокоскоростной электрической машины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ о>955393

/

««;«

;=.«Г; (61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 14. 11. 81 (21) 3005 345/24-07 (51)M Кл з с присоединением заявки ¹Н 02 К 21/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 300882. Бюллетень № 32

Дата опубликования описания 30. 08. 82 (53) УДК 621. 313. .82(088.8) (72) Авторы изобретения

Н. П. Адволоткии Ф Н. И. Лебедев

Всесоюзный научно-исследовательский инс электромашиностроения (7Ъ) Заявитель (54) РОТОР ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

МАШИН61

Изобретение относится к электротехнике, а именно к высокоскоростным электрическим .машинам, например синхронным или вентильным машинам, и может быть использовано в злектроприводах высокочастотных механизмов.

Известны роторы высокоскоростных электрических машин, содержащие вал и систему возбужцения в виде расположенных на кольцевом магнитопроводе постоянных магнитов, на которые для увеличения прочности, насажена упрочняющая оболочка $1J .

Наличие упрочняющей оболочки обеспечивает, в сравнении с неупроченным вариантом, более высокую окружную скорость ротора.

Наиболее близкой к предлагаемой является конструкция, содержащая ротор, который содержит вал с размещенным на нем кольцевым магнитопроводом, на котором установлены постоянные магниты, образующие многополюсную систему, и напрессованное на магниты упрочняющее кольцо $2) .

Недостатком известных устройств является сложность конструкции (необходимость высокой точности обработки деталей ротора и сложность его сборки), который объясняется тем, что упрочняющее кольцо напрессовывается с натягом, величина которого должна обеспечить компенсацию усилий, возникающих в упрочняющем кольце, под действием центробежных сил при вращении ротора с максимальной частотой и, кроме того, обеспечить величину остаточного натяга, необходимого для передачи вращающего момента. Конструктивно роторы высокоскоростных машин мощностью в десятки и сотни киловат достигают в диаметре 200-300мм и более, магнитная система состоит из большого числа магнитов (каждый полюс более технологично выполнять из нескольких магнитов), а упрочняющее кольцо представляет собой тонкостенный цилиндр большого диаметра.

Лля посадки упрочняющего кольца в

20 таких конструкциях необходимо осуществить крепление магнитов на магнитопроводе с последующей обработкой всей магнитной системы (в сборе) для получения точного посадочного диамет.

25 ра и исключить существенные и механические усилия на упрочняющее кольцо и магниты во время его напрессовки во избежании их деформации, разрушения и нарушения крепления к маг30 нитопроводу. Поэтому напрессовка уп93

3 9553 рочняющего кольца может быть достигнута в основном только за счет значительного нагрева упрачняющего кольца и охлаждения магнитной системы перед их соединением, что не всегда позволяет обеспечить требуемый натяг. 5

Сборка ротора упрощается, если упрочняющая оболочка представляет собой бандаж, выполненный путем намотки на магнитную систему какой-либо нити, например немагнитной стальной 10 проволоки. В этом случае исключается необходимость обеспечения точной обработки магнитной системы, требуемый натяг достигается соответствующим натяжением нити. Для обеспечения существенного натяга, который необходим для известных конструкций роторов, требуется значительное натяжение нити.

Это требование не всегда реализуемо, в особенности, если упрочняющая оболочка выполняется из композиционного материала путем намотки упрочняющей нити с последующей ее пропиткой наполнителем, при отверждении которого достигаются заложенные в материале проч- ностные свойства.

Таким образом, сложность конструкции известных роторов обуславливается необходимостью обеспечения весьма значительного натяга между упрочняющей оболочкой и магнитной системой, величина которого складывается из натяга необходимого для компенсации растягивающих усилий, возникающих в оболочке под действием центробежных сил, составляюцего 60-75% от величины сум- 35 марного натяга, и остаточного натяга для передачи вращающего момента с магнитов на вал и наоборот.

Цель изобретения — упрощение конструкции и увеличение проводимости 40 магнитной цепи.

Указанная цель достигается тем, что в кольцевом магнитопроводе выполнены аксиально-радиальные прорези либо со стороны внутренней, либо со 45 стороны наружной поверхности магнито- провода.

В аксиально-радиальных прорезях размещены пластины из магнитомягкого материала. Число аксиально-радиальных прорезей равно числу полюсов ротора, причем оси симметрий прорезей совпадают с осями полюсов.

На фиг. 1 и 2 показаны поперечные разрезы роторов предлагаемой конструкции.

Ротор содержит вал 1 с напрессованным на него кольцевым магнитопроводом 2, на котором установлены постоянные магниты 3, образующие многополосную систему возбуждения, упроч-, 60 нявщую оболочку 4, В кольцевом магнитопроводе 2, выполнены аксиально-радиальные:прорези 5, в которых размещены пластины б из магнитомягкого материала, Каждый полюс многополюсной 65 системы возбуждения выполнен из нескольких, например четырех постоянных магнитов.

Упрочняющая оболочка ротора (фиг. 1) выполнена в виде кольца из немагнитной стали титана, из стали с различными магнитными свойствами или другого прочного немагнитного ма-, териала. Наиболее эффективно выполнение упрочняющего кольца 4 из материалов с модулем упругости равным модулю упругости стали или превосходящим его ° Поэтому применение титана, модуль упругости которого примерно в,два раза Ниже чем у стали, малоэффективно.

Упрочняющая оболочка (фиг. 2) выполнена из композиционного материала путем намотки нити с последующей ее пропиткой связующим. Предпочтительно использование углеволокна, нитей бора или бороуглерода, обладающих высоким модулем упругости. В качестве наполнителя могут применяться эпоксидные компаунды горячего. отверждения или высокотемпературные полиамидные смолы..

В качестве материала магнитопровода 2 могут применяться не только низкоуглеродные марки сталей, такие как ст. 3 или ст. 10, но также и некоторые конструкциойные стали, учитывая возможность обеспечения низких значений индукции в магнитопроводе и существенно большое для этих сталей значение предела текучести. В качестве материала магнита предпочтительно использование высокоэрцитивных материалов — ферритов и соединений редкоземельных металлов с кобальтом.

Устройство работает следующим образом.

При вращении ротора элементы его конструкции испытывают действие центробежных сил, которые создают растягивающие напряжения в вала 1, магнитопроводе 2, упрочняющем кольце 4.

Наиболее значительные растягивающие напряжения имеют место в упрочняющей оболочке (кольце) 4, так как оно испытывает совместное действие напряжений, вызванных центробежными силами собсТвенной массы и массы магнитов.

В магнитопроводе 2 за счет наличия аксиально-радиальных прорезей 5 растягивающие напряжения существенно увеличены в сравнении с напряжениями, возникающими в магнитопроводе без прорезей, следствием чего является увеличение его растяжения. При равенстве напряжений, возникающих в магнитопроводе 2 и оболочке (кольце) 4 и равенстве модулей упругости их материалов, значения растяжений оболочки (кольца) 4 и магнитопровода 2 будут отличаться весьма незначительно (отношение величин растяжений оболочки (кольца) 4 и магнитопвовода 2 будет

955393 равно отношению наружных диаметров, соответственно оболочки и магнитопровода). Близкие значения величин изменения диаметра оболочки (кольца)

4 и магнитопровода 2 позволяют существенно уменьшить величину натяга при 5 посадке оболочки 4 на магниты 3 (фиг. 1) и величину натяжения нити при намотке оболочки 4 (фиг. 2). При равенстве величин изменения диаметров оболочки (кольца) 4 и магнитопровода

2 начальная величина натяга должна соответствовать величине требуемого остаточного натяга необходимого для передачи вращающего.:момента с магнитов на вал, т.е. в этом случае она в 2-3 раза ниже, чем у известного.

Соответственно в 2-3 раза уменьшается величина натяжения нити при.намотке оболочки 4 (фиг. 2).

При этом натяг при посадке магнитопровода 2 на вал 1 увеличивается по сравнению с известным для предотвращения сползания и поворачивания магнитопровода на валу. Для этих же целей в конструкции предусматривается шпонка или фиксирующий паз (не показа- ны) .

Для того, чтобы аксиально-радиальные прорези 5, выполненные в кольцевом магнитопроводе, не увеличивали магнитное сопротивление цепи, оси их ЗО симметрий совпадают с осями полюсов, если число прорезей равно числу полюсов (фиг. 1). Если число прорезей превосходит число полюсов для обеспечения равномерного распределения на- 35 пряжений в магнитопроводе, в аксиально-радиальных прорезях 5 (фиг. 2) замещаются магнитомягкие пластины 6.

Предлагаемая конструкция упрощает устройство за счет уменьшения натяга 4р между упрочняющей оболочкой и магнитами, вследствие чего упрощается техно1 логия сборки, уменьшается процент брака и количество разрушенных магнитов. Кроме того, в предлагаемой конструкции расширяются возможности применения композиционных материалов, что еще более упрощает сборку ротора и способствует снижению требований к точности обработки магнитов.

Формула из обретения

1. Ротор высокоскоростной электрической машины, содержащий вал с размещенным на нем кольцевым магнитопроводом, на котором установлены постоянные магниты, укрепленные упрочняющей оболочкой, о т л и ч.а ю шийся тем, что, .с целью упрощения конструкции, в кольцевом магнитопроводе выполнены аксиально-радиальные прорези.

2. Ротор по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения проводимости магнитной цепи, :в аксиально-радиальных прорезях размещены пластины из магнитомягкого материала.

3. Ротор по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью обеспечения максимальной проводимости магнитной цепи, число аксиально-радиальных прорезей равйо числу полюсов ротора, причем оси симметрий прорезей совпадают с осями полюсов., Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Балагуров В. A. Галтеев Ф. Ф. и Ларионов А. Н. Электрические машины с постоянными магнитами. М.-Л., "Энергия", 1964, с. 51.

2. Патент Великобритании

Р 1.285.966, кл. H 2 А, 1972 (прототип) .

955393

Составитель Т. Калашникова

Редактор Н. Ковалева Техред Т.Фанта Корректор М. Шавоши

Заказ 6466/70 Тираж 721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113О35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4