Ротор высокоскоростной электрической машины

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ нп 955393 гъ/ с" ;(22) Заявлено 14. 11. 81 (21) 3005345/24-07 151) М. Кл.з с присоединением заявки МоН 02 К 21/02 Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытий(23) Приоритет -Опубликовано 300882. Бюллетень Мо 32 Дата опубликования описания 30. 08,82 53) УДК 621. 313, .82(088.8)(72) Авторыизобретения Н. П. Адволоткии к Н. И. Лебеде сесоюзный научно-исследовательский инс электромашиностроения 7 Ь) Заявител 4) РОТОР ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙМАШИНЫ 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 1 .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 21 .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 200-300 мм 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.,Для 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 маг нитопроводу. Поэтому напрессовка уп93 3 9553рочняющего кольца может быть достигнута в основном только за счет значительного нагрева упрачняющего кольцаи охлаждения магнитной системы передих соединением, что не всегда позволяет обеспечить требуемый натяг, 5Сборка ротора упрощается, еслиупрочняющая оболочка представляетсобой бандаж, выполненный путем намотки на магнитную систему какой-либонити, например немагнитной стальной 10проволоки. В этом случае исключаетсянеобходимость обеспечения точной обработки магнитной системы, требуемыйнатяг достигается соответствующимнатяжением нити. Для обеспечения существенного натяга, который необходимдля известных конструкций роторов,требуется значительное натяжение нити,Это требование не всегда реализуемо,в особенности, если упрочняющая оболочка выполняется из композиционногоматериала путем намотки упрочняющейнити с последующей ее пропиткой наполнителем, при отверждении которого до"стигаются заложенные в материале проч-ностные свойства.Таким образом, сложность конструкции известных роторов обуславливаетсянеобходимостью обеспечения весьмазначительного натяга между упрочняющей оболочкой и магнитной системой,величина которого складывается из натяга необходимого для компенсации растягивающих усилий, возникающих в оболочке под действием центробежных сил,составляющего 60-75 от величины суммарного натяга, и остаточного натягадля передачи вращающего момента смагнитов на вал и наоборот.Цель изобретения - упрощение конструкции и увеличение проводимости 40магнитной цепи,Указанная цель достигается тем,что в кольцевом магнитопроводе выполнены аксиально-радиальные прорезилибо со стороны внутренней, либо со 45стороны наружной поверхности магнито-провода.В аксиально-радиальных прорезяхразмещены пластины из магнитомягкогоматериала. Число аксиально-радиальныхпрорезей равно числу полюсов ротора,причем оси симметрий прорезей совпадают с осями полюсов.На фиг. 1 и 2 показаны поперечныеразрезы 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-, 60нявщую 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 изнемагнитной стали титана, из сталис 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 превосходящимегоПоэтому применение титана, модуль упругости которого примерно в,два раза Ниже чем у стали, малоэффективно,Упрочняющая оболочка (фиг. 2) выполнена из композиционного материалапутем намотки нити с последующей еепропиткой связующим. Предпочтительноиспользование углеволокна, нитей бора или бороуглерода, обладающих высоким модулем упругости. В качественаполнителя 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, учитываявозможность обеспечения низких значений индукции в магнитопроводе и существенно большое для этих сталейзначение предела текучести. В качестве материала магнита предпочтительно использование высокозрцитивных 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 растягивающиенапряжения 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 безпрорезей, следствием чего являетсяувеличение 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 магнитопоовода 2 будетравно 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 вращающегомомента 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 показаны) .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 пряжений в магнитопроводе, в аксиально-радиальных прорезях 5 (фиг. 2) замещаются магнитомягкие пластины б.Предлагаемая конструкция упрощает устройство за счет уменьшения натяга 4 О между упрочняющей оболочкой и магнитами, вследствие чего упрощается техно 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 обретения1. Ротор высокоскоростной электрической машины, содержащий вал с размещенным на нем кольцевым магнитопроводом, на котором установлены постоянные магниты, укрепленные упрочняющейоболочкой, о т л и ч,а Ь щ и й с ятем, что, .с целью упрощения конструкции, в кольцевом магнитопроводе выполнены аксиально-радиальные прорези,2. Ротор по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я 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 ющ и й с я 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 экспертизе1, Балагуров В. А Галтеев Ф. Ф,и Ларионов А. Н. Электрические машины с постоянными магнитами. М.-Л.,955393 Составитель Т. КалашниковаРедактор Н. Ковалева Техред Т.фанта Корректор М. Шавоши Подписное аказ 5 Ужгород, ул. Проектная,филиал ППП Патен бб/70 Тираж 7 ВНИИПИ Государствен по делам изобрете 113 О 35, Москва, Жго комитета СССРй и открытийРаушская наб., д