Ротор электрической машины

(9) ( ) 1/22 5)5 ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯЛ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТО МУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) РОТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ(57) Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано быстр маши дкозе ния я обьем держи ного м повер магни ничен рован повыш димос оходных синхронных электрических нах с возбуждением от постоянных ремельных магнитов. Целью изобретевляется улучшение использования а ротора. Активная часть ротора сот кольцевые пластины 3 из немагнитатериала, соединенные по торцовым хностям с постоянными магнитами и ты 4 в виде плоских радиально намагных сегментов, Улучшенная сбалансиность ротора на высоких оборотах ает надежность, исключает нробхоть использования бандажа. 2 ил.10 15 20 25 30 35 40 45 50 1 э,бретен 1: О носисо к эекоглдшиосроению и 1 О.,м бьть;солэг: ано вбыстроходных синхронных эл "ктрическихмашинах с возбуждением от постоянныхродо .; лельных лагитов, а 1,.к;-.в. качестве сато;.а вентильно 1 ллши, псс .Иноготока либо в качестве индуктора си .;.ОнноГО ГЕНЕраТОра ИЛИ ТахОГЕНЕОаОра, ПрЕИМущественно малых габаритоо, нагример вкачестве подвижной части радиального подшипника на постоянных магнитах.Известны конструкц 1 и роторов электривских машин, в которых креление полосев гыполнеэ болтали либо къ ньями впазах.Наиболее близким по техничсской сущности является рогор элект:ической машины, а;гивная часть которого состоит изамагиченных о рзд 1 альнол :правлениипостоянных магнитов, прсимущестоенно изредкоземельных металлов Постоянныемагниты ротора, одновременно являющиеся его полосами, гьгж еы как единое це-,лОе в осевомапранлении. Ротор содержитбандаж, закрегллоцй постоянные магниты нэ магнитопроооде ротора,Недостатком из в естно го устройства я в.ляются невысокие удельные характеристики вследствие большого нелагнитногозазора между статором и ротором, основную часть которого, особенно при возрастании рабочих скоросте, составляет толщинабандажа.Цель изобретения - улучшение использования Обьема ротора.Поставленная цель достигается тем, чтов известном роторе, активная часть которого содержит радиально намагниченные постоянне магниты промуестоенно иэславогз редкоземельных металлов и кобальта, сышеупсмяутая активная часть ротора снабжена пластинами кольцевойФормы из немзгнитного матсриала, соединеннми по торцовым поверхностям с постоянными магита;л 1, выполненными ввиде плоских сегм;-,нтов.Одна из кольцевых пластин в ротореможет быть выполнено из материала, обладающего эффектом памяти предшестоующеЙ формь, нагр 1 М" р никели".,3 т 1 тдна.В результате использования в предлагаемом роторе пластин из немагнитного материала, устанавл 1 ваегльх междусоставляющими магнита, умоньаае 1 ся мас са фиксирующ 1 х маг Итную с 1 стему ротораэлементов, улучается сбаланс; рооанность ротора на высокгх обс ротах, увеличивается 1 а н 1 тная прг" Од мое, ь з:"Ооа, темсг.л го срзвзню с иэвестн и рог ромуел,ч:ь.,Тся,ф,;рллые хор Ктг.сики раор, в частности увелииоается отношение вырабаьваемой ро 1 орол энергии кмассе элементов, закрепляющих его активную часть. 5 На фиг, 1 показа прес;лагаемьй ротор,оссвой разрез: на фиг. 2сечение А-А на фиг. 1,Ротор состоит иэ посаженной на вал 1 втулки 2 иэ ланитного материала, Втулка 2 служит магнитопроводом ротора. Нэ втулку 2 надевают с натягол либо приклеиваот рядкольцевых групп, Каждая кольцевая групга получается, например, путем прикгеивания к несущему промежуточному плоскому кольцу 3, выполненному из немагнитного материала, радиальнонамагниченных сегментарных магнитов 4. исло пар сегментарных магнитов равно требуемому числу пар полюсов ротора, Приклеивание по осей поверхност и прилегания сегментов к кольцу можно заменить диффузионной сваркой,пайкой. Суммарная толщина упрочняюцих плоских колец из немагнит:ого материала определяется требуемой прочностью и радиальной жестксстью ротора при угонной частоте вращения. Количество этих пластин определяется допустимым тангенциальным напряжением в соединеии кольца и магнитов (клееоол и др,), Усхаические прочностные свойства кольца 3 должны быть значительно более высокими, чем у приклеиваемых сегментов из магнитных материа. лов (железо-неодим-бор), При этом условия получают наиболее высокие удельные характеристики ротора. Надетье на втулку группы образуют наборную активную часть ротора, При наборе активной части необходимо, чтобы соблюдалссь соьпадение напраоления радиальной нсчагничсннос 1 и в соседних кольцевых группах, Надетые на втулку групгы фиксируют торцовой гайкой 5. следя за тем, чтобы не произошло проворачивания групп или среза магнитов, На наружную поверхность ротора наносят немагнитнь:й компаунд 6, после чего производят механическуо шлифовку наружного полимериэооанного слоя, Вместо или помимо компаунда на цилидрическую поверхность ротора можО установить тонкостенную гильзу из немагнитного материала, это применимо при работе ротора в агрессивных средах с целью повыпения ГЕРМЕТ ИЧОСТ 1.В роторе хотя бл один из плоских кольцевых элемсчтоз из немагнитного материала макет быть иэотовлсч иэ материала.с памтью формы (апр 1, ср, никелида титана). В нагр;.Тг 1 состо;1 т данный кольце- ООЙ ЭЛЕМЕТ ДвфоМ 1 РУЮТ В ОСЕЗОМ н:,."рояле;1 а гелич ., у Л. После Остывания кольцевой элемент обретает первоначальную плоскую форму, к нему приклеивают полюсные сегменты, затем собирают активную часть ротора.Ротор при установке 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 следовательнои 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 пмакс. при работе в двигательном режиме либо снимаемая с элемента поверхности при работе в генераториом режиме, выражается через радиальную составляющую вектора Г 3 ойтингад ЙэмпнаксАВг р Ммакс, (1)Ядугде - длина активной ч .сти ротора;й - внешний радиус ротора;у- угол дуги поверхности;А - коэффициент, связ,.нный с максимально возможной плотностью тока в статорной обмотке;р - число пар полюсов;69 макс - максимальная угловая скорость вращения ротора;Вг - среднее значение по длине активной части ротора радиальной составляю.щей остаточной магнитной индукции постоянных магнитов.Обозначим через Ка - коэффициент, характеризующ. й отношение массэнергетических параметров предлагаемого ротора иизвестного. Тогда с учетом (1) получимдля Ка П 2 максП 12 Вг П 13 и Змакс 7 гй 3 В 3 п 12 Для определения Кэ найдем значенияВг л 1 зВз л 1 ги в . Согласно теории расчета маг нитных цепей величина магнитной индук-ции на поверхности ротора, активная часть которого построена предлагаемым образом, определяется по формуле 25 В 1 62 = - а;-,1+(2)где В 1 - величина магнитной индукции для ротора без промежуточных кольцевых эЛементов,д 1 - толщина кольцевого элемента;Н - толщина присоединяемых к плоскому кольцевому элементу магнитных сегментов.Величина магнитной индукции для ротора с бандажом, известного ротора понижается по формуле 40В 1Вз = 1 +,;-,где В 1 - величина мзгнитной индукции для ротора без бандажа;дг - толщина бандажа или обоймы;и - величина воздушного зазора дляэлектрической машины с ротором без бандажа.50Как фидно из формул (3) и (2), значениядгВг и Взопределяются отношениями и и - . Из условий равнопрочности плоского д 1Нкольцевого 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: гдв гл 2 - масса фиксирующих элементов в предлагаемом роторе;гпз. - масса фиксирующего элемента в 10 известном роторе (масса бандажа);В 2 - СрЕдняя вЕличина магнитнсй индукции на поверхности предлагаемого ротора;Вз, - величина магнитной индукции на 15 поверхности известного ротора,(5) ев где г 1 - внутренний радиус глзгнитного сегмента;10г 2- онешний р.=.диус магнитного сегйентв;и - козффиц,".ент Пуассона материала кольца и бандажа.Из выражений (3) и (2) с учетом д 1Н1 следует- =1+(1 -у)- - -у(1-у)х ЗС Вг ОгВзЬ 35Для наиболее распространенных случа - =0,2-0,5.=0.З;г 2 г 2; дгй= 50 - 100; - = 1 - 1011будет следующее повышение магнитной ин дукции: -1,5.,ВгВэУчитывая, что для ротороз, вращающихся с высокими скоростями, требуется болеетолстый бандаж ( - )10), можно скадгзать, что величина магнитной индукции взазоре электроглзшины с предлагаемым ротором будет на порядок большчем у машины с изоестным ротором. 55При условии, что материал плоскогокольцевого элемента и бзн ".:жа меет одинаковый удельный оес, с 1 ношение масс- будет равно отношению о,.аемовпз1 Гп 12 гпз 4 . (3+р)+(1 - р)( Для вышеуказанного диапазона параметроо коэффициент Кз будет иметь следующие значения: К, 1,8.Укрепляющий элемент в виде бандажаили обоймы имеет более чем в три разабольшую радиальную податливость по сравнению с податливостью плоского кольцевого элемента. Это ведет к тому, что привысоких оборотах ротора происходит опасное уменьшение зазора в машине, а такжеможет произойти отслаивание магнитов отмагнитопрооодящей втулки ротора, что недопустимо. Повышенная податливостьобоймы ведет к росту с частотой вращениянесбалансированности ротора, В предлагаемом роторе эти эффекты устраняются повышенной жесткостью плоского кольцевогоэлементаТехнология изготовления предлагаемого ротор упрощается по сравнению с известным вследствие простоты изготовления инамагничивания плоских сегментов группактивной части,Применение плоских кольцевых элементов, обладающих эффектом памяти формы, например никелида титана, позволяетполучить требуемое усилие стяжки в ротореи создать жесткую конструкцию ротора итем самым повысить его критическую частоту оращения на 15-20;4, а также надежностьи долгогечность,Формула изобретения Ротор электрической машины, актионая часть которого содержит радиально намагниченныо 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 пластинал 1 и кольцевой формы из немагнитного ма;ериала, соединенными по торцовым поверхностям с постоянными магнитами, выполненными в виде плоских сегментоо.1704228 Составитель Н.МартыновТехред М.Моргентал Корректор Л.Бескид актор Н.Тупиц изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 каз 67 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5