Ротор высокоскоростной электрической машины

О А С 5 В Н 02 К 2 ГОСУД ЫТИИЕ ИЗОБРЕТЕНИСВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСИ му чк ро овательроения. зором раиняю в Ф.; ма- М,-Л. й,чтоо- н тко уста и разежутках, закрепвиде х пери- одпружиКу,С 7 ОЙщий вниты,г СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР М ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКР(54)(57) РОТОР ВЫСОКОСКОРОСТЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержмагнитопровод, постоянные ма образующие многополюсную систе возбуждения, упрочняющую оболо на внутренней поверхности кото закреплены постоянные магниты, установленные с немагнитным за относительно магнитопровода, и диально упругие элементы, соед щие вал с упрочняющей оболочко отличающийся тем, с целью увеличения окружной ск рости, он дополнительно снабже немагнитными элементами, жес новленными на магнитопроводе мещенными в межполюсных пром а радиально упругие элементы лены на валу и выполнены в стаканов с размещенными по и ферии Г-образными ребрами, п нивающими упрочняющую оболочИзобретение относится к электротехнике, а именно к высокоскоростным электрическим машинам, в частности синхронным и вентильным машинам, и может быть использованов электроприводах турбокомпрессоров,высоконапорных и других высокооборотных механизмов.Известны роторы высокоскоростныхэлектрических машин, содержащиевал и магнитопровод с расположенными на нем постоянными магнитами,скрепленными упрочняющей оболочкой.Наличие упрочняющей оболочки позволяет увеличить окружную скоростьротора С 1 З и 2 Д.Недостаток известной конструкциизаключается в неполном использовании прочностных свойств упрочняющейоболочки и вследствие этого в недостаточно высокой окружной скорости ротора, поскольку, помимо усилий, создаваемых под действием центробежных сил магнитов, оболочхавоспринимает также усилия от остаточного натяга между оболочкой имагнитами, который необходим дляпередачи вращающего момента с магнитов на вал.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности является ротор высокоскоростной электрическоймашины, содержащий вал, магнитопровод и магнитосвязанные с ним постоянные магниты, образующие многополюсную систему возбуждения, охваченные упрочняющей оболочкой и закрепленные на ее внутренней Поверхности. В данном роторе упрочняющаяоболочка соединена с валом с помощью радиальных перемычек, а постоянные магниты закреплены на внутренней поверхности оболочки с зазоромотносительно расположенного на валумагнитопровода.В известной конструкции имеетместо более полное использованиепрочностных свойств упрочняющейоболочки, так как вращающий момент,с магнитов на вал передается не засчет наличия остаточного натягамежду оболочкой и магнитаии, а засчет жесткого соединения оболочкис,валом с помощью перемычки, включающей в себя радиально упругиеэлементы3,Недостаток данного устройствасостоит в том, что оболочка ротора.может быть выполнена лишь из метал"лических высокопрочных материалов,например сплавов титана. Для оболочки не могут быть эФФективно использованы композиционные материалы,а именно пластики с одноосно-армированными упрочняющими волокнами, которые характеризуются однонаправленностью своих прочностных свойств.Изготовленная из таких материаловоболочка будет иметь более высокиепрочностные показатели на растяжение, чем оболочка из металлов, однако в известной конструкции ротораона не может быть достаточно жесткосоединена с валом с помощью какойлибо перемычки, что необходимодля передачи на вал вращающего момента.Цель изобретения - увеличениеокружной скорости ротора. 1 О Укаэанная цель достигается тем, что ротор высокоскоростной электрической машины, содержащий вал,В роторе, представленном на Фиг. 4, магнитопровод 2 содержит не- магнитные элементы 8, выполненные в виде шпилек, на которые насажены пластины 9 На магнитопровод 2 и немагнитные элементы 8 нанесен антиадгезионный слой 10. 60 65 магнитопровод, постоянные магниты, 15 образующие многополюсную системувозбуждения упрочняющую оболочку,на внутренней поверхности которойзакреплены постоянные магниты, установленные с зазором относительномагнитопровода, и радиально упругиеэлементы, соединяющие вал с упрочняющей оболочкой, дополнительноснабжен немагнитными элементами,жестко установленными на магнитопроводе и размещенными в межполюсйыхпромежутках, а радиально упругиеэлементы закреплены на валу и выполнены в виде стаканов с размещеннымипо их периФерии Г-Образными ребрами,подпружинивающими упрочняющую обоНа фиг. 1 показан ротор, продольный разрез, на Фиг. 2 - то же, видс торца; на. Фиг, 3 и 4 - роторы сразличным выполнением немагнитных 35 элементов, поперечные разрезы.Ротор ( Фиг. 1 и 2 ) содержит вал1, на который напрессован магнитопровод 2 с постоянными магнитами 3,охваченными упрочняющей оболочкой 4.4 О На валу 1 закреплены упругодемпФерные элементы 5 с Г-образными ребрами б, подпружинивающими оболочку 4в радиальных направлениях. Междуупрочняющей оболочкой 4 и ребрами б 45 помещена разрезная втулка 7. На магнитопроводе 2 закреплены немагнитные элементы 8 из немагнитного материала, например стеклотекстолита.Остальное межполюное пространствозаполнено диэлектрическими пластинами 9, Между магнитами 3 с пластинами 9, с одной стороны, и магнитопроводом 2 с немагнитными элементами 8, с другой стороны, нанесенслой 10 материала, обладающего антиадгезионными свойствами в отношении связующего материала упрочняющей оболочки 4.Упрочняющая оболочка 4 выполнена из композиционного материала путем намотки высокопрочной нитиУпрочнителя), например, из стекловолокна, органического волокна, углеволокна или волокон бора, пропитанной связующим материалом, в качестве которого используются эпоксидные, полиимидные или фенольные смолы. Наиболее предпочтительно использование нитей углеволокна и бора, ввиду их высокого модуля упругости. Способ выполнения упрочняющей оболочки определяет и последовательность сборки ротора. На магнитопровод 2, насаженный на вал 1, крепятся не магнитные элементы 8 и наносится антиадгезионный слой 10. Эатем на магнитопровод 2 крепятся магниты 3 и пластины 9 с разрезной втулкой 7, после чего осуществляется намотка у упрочняющей нити с последующей ее пропиткой связующим. Элементы 5 с Г-образными ребрами б крепятся к валу с обяз атель ным центрированием от носи- тельно него только после окончания процесса полимеризации связующего. Аналогично для ротора фиг. 4 ) на магнитопровод 2 с немагнитными элементами 8 в виде шпилек наносится антиадгезионный слой 10, на шпильки насаживаются пластины 9, после чего крепятся магниты 3 с втулкой 7 и осуществляется намотка нити упрочняющей оболочки.Ротор работает следующим образом.При вращении ротора на упрочняющую оболочку 4 действуют растягивающие усилия, вызванные центробежными силами собственной массы и массы магнитов. Под действием растягивающих усилий упрочняющая оболочка уве личивается в диаметре на величину, зависящую от значений напряжения в упрочняющей оболочке и модуля упругости материала оболочки. Поскольку напряжения в упрочняюшей оболочке 4 45 значительно превосходят напряжение в магнитопроводе 2, между магнитопроводом 2 с немагнитными элементами 8 и упрочняющей оболочкой 4 с . постоянными магнитами 3 и пластина-.ми 9 появляется воздушный зазор, который увеличивается по мере увели- чения окружной скорости ротора. За счет наличия Г-образных ребер б,подпружинивающих упрочняющую оболоч. ку 4 в радиальных направлениях, обеспечивается ее соосность с валом при наличии указанного, воздушного зазора между магнитами и магнитопроводом. При этом зона упругости ребер б должна перекрывать зону максимального перемещения упрочняющей оболочки 4 в радиальном направлении, что достигается выбором соответствующей длины ребер б. Величина усилий, создаваемых ребрами б, должна во всем диапазоне частот вращения превосходить величину односторонних усилий, действующих на упрочняющую оболочку .4, обусловленных наличием дисбаланса ротора, Чтобы эту величину свести к минимуму, балансировку ротора необходимо производить на рабочей частоте вращения.Передача вращающего момента с ва-. ла на магниты и наоборот, обеспечивается с.помощью немагнитных элементов 8 (фиг. 3).В конструкции на фиг. 4 передача вращающего момента с вала на магниты и наоборот обеспечивается с помощью немагнитных элементов 8 в виде шпилек, передающих усилия непосредственно на пластины 9 и далее на магниты 3. В этой конструкции полностью исключается возможность осевого смещения упрочняющей оболочки 4 с магнитами 3 относительно магнитопровода 2, что важно для машин вертикального исполнения.Технико-экономическая эффективность ротора заключается в увеличении его окружной скорости, что достигается применением более прочных упрочняющих материалов в сочетании с .предлагаемой конструкцией. Применение в качестве упрочнителя стекловолокна, органического волокна, углеволокна и волокон бора, имеющих в совокупности со связующим прочность на разрыв 100-160 кгс/мм позволяет, в сравнении с титаном, увеличить напряжение в упрочняющей оболочке примерно в 1,2-1,5 раза и, следовательно, в 1,1-1,2 раза увеличить окружную скорость ротора или его диаметр. Увеличение диаметра ротора в 1,2 раза позволяет примерно в 2 раза увеличить мощность машины.1039003 оставитель Т.Калашниковаехред М.тепер Корректор В.Гирннк Редактор А.Мотыл акаэ 6239/ дписноССР Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна Тираж В ЕППП И Гос по дела 113035, Мо