Ротор высокоскоростной электрической машины

О П И С А Н И Е (1 ц 773835ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советски кСоциалистическихРеспублик(53) УДК 621.313. .323 (088.8) Опубликовано 23.10.80. Бюллетень39Дата опубликования описания 27.10.80 ло делам изобретений и открытий(54) РОТОР ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОИ МАШИНЫ Изобретение относится к высокоскоростным электрическим машинам с относительно большим немагнитным зазором, например синхронным и вентильным машинам с постоянными магнитами на роторе, и может быть использовано в электроприводах турбокомпрессоров, центрифуг и устройств развертки световых лучей.Известен ротор, содержащий индуктор в в виде постоянного магнита, насаженного на вал 1. Постоянный магнит может быть выполнен цилиндрическим (двухполюсным 1 о или многополюсным) и в виде многополюсной звездочки.Недостаток известной конструкции заключается в сравнительно низкой окружной скорости ротора (до 40-60 м/с) ввиду низкой прочности магнита.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ротор высокоскоростной электрической машины, в котором постоянный магнит запрессован в упрочненную оболочку 2 . Окружная скорость ротора при этом достигает 140-200 м/с.Недостаток такого ротора заключается в наличии больших аэродинамических потерь, вызванных трением бочки ротора о воздух. 2Это приводит к сильному нагреву ротора, за счет чего уменьшается КПД машины, уменьшается максимально допустимая температура окружающей среды, поскольку максимальная рабочая температура магнитов с высокой удельной магнитной энергией, таких как соединение ЬгпСоз, не превышает 200 С. Кроме того, сильный нагрев ротора приводит к уменьшению срока службы шарикоподшипниковых узлов и в случае использования газовых опор может вызвать заклинивание ротора ввиду малости зазора в опорах.Известные системы охлаждения двигателя, обеспечивающие продув воздуха через зазор машины, либо за счет установки вентилятора, либо за счет применения компрессора, сложны, требуют дополнительных затрат энергии, что еще более уменьшает КПД машины, и увеличивают габариты и массу машины.Целью настоящего изобретения являетсяповышение КПД путем уменьшения аэродинамических потерь и нагрева ротора.Указанная цель достигается тем, что ротор высокоскоростной электрической машины, содержащий закрепленную на валу глад773835 Формула изобретения Составитель ф. П Техред К. Шуфри Тираж 783 осударственного коми ам изобретений и о ва, Ж - 35, Раушская атент, г. Ужгород,одол ьскаяч Корректор В. БутягаПодписноетета СССРткрытийнаб., д. 4/5ул. Проектная, 4 Редактор М. Ликович аказ 7524/74 ВНИИПИ Г по дел 113035, Моск филиал ППП Пкую бочку, имеющую активную часть, например постоянный магнит, снабжен тонкостенным цилиндром из диэлектрического материала, расположенным концентрично бочке ротора с зазором и связанным с валомпосредством, по меньшей мере, одного подшипникового узла.На чертеже представлен предлагаемыйротор,Ротор высокоскоростной электрическоймашины содержит гладкую бочку 1 с активной частью в виде постоянного магнита 2, 10закрепленную на валу 3. Постоянный магнит 2 заключен в упрочняющее кольцо 4.Ротор снабжен тонкостенным цилиндром 5из диэлектрического материала, расположенным концентрично бочке 1 ротора с некоторым воздушным зазором. Цилиндр 5 закрепилен на валу 3 с помощью подшипниковогоузла 6, и таким образом имеет возможностьвращаться относительно бочки ротора. Наторце бочки ротора размещена балансировочно-крепежная шайба 7.лоСуть технического эффекта, заключающегося в уменьшении аэродинамических потерь, вызванных трением бочки ротора овоздух, объясняется следующим образом.При вращении бочки ротора на тонкостенный цилиндр 5 из диэлектрического материала действуют следующие моменты силотносительно оси вращения: аэродинамический движущий момент от сил трения воздуха о внутреннюю поверхность цилиндра 5,перемещающегося под действием трения онего бочки ротора; аэродинамический тормозной момент от сил трения о воздух наружной, поверхности цилиндра 5; момент трения в подшипниковом узле 6, также являющийся тормозным.При равенстве двигательного и тормоз- зэного моментов значение частоты вращенияцилиндра 5 составляет половину от величины частоты вращения бочки ротора. Еслиучесть, что величины аэродинамических моментов примернб равны, а значение момента трения в подшипниках составляет ориентировочно 10% от аэродинамического момента, величина частоты вращения цилиндра составит примерно 0,4 от частоты вращения бочки ротора. Известно, что аэродинамические потери в электрических машинах с гладким ротором пропорциональны кубу относительной скорости между вращающейся и неподвижной (или вращающейся с другой скоростью) частями электрической машины.В предлагаемой конструкции ротора аэродинамические потери, являющиеся преобладающими в высокоскоростных машинах, существенно ниже в сравнении с известным ротором. А это обеспечит уменьшение нагрева и увеличение КПД машины. Кроме того, благодаря малым потерям в роторе отсутствует необходимость продува охладителя через машину, что существенно упрощает ее конструкцию. Ротор высокоскоростной электрической машины, содержащий закрепленную на валу гладкую бочку, имеющую активную часть, например постоянный магнит, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД путем уменьшения аэродинамических потерь и нагрева ротора, он снабжен тонкостенным цилиндром из диэлектрического материала, расположенным концентрично бочке ротора с зазором и связанным с валом посредством, по меньшей мере, одного подшипникового узла. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент Великобритании985210кл. Н 2 А, 1965.2. Реферативныйжурнал Электротехника и энергетика, Сводный том,5,1977, реф. 5 К 89.