Ротор высокоскоростной электрической машины

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН 566 А 010 ЕНИЯ Е. Овчинн исследоваромашиностроел ныл Вопросымашин. М. сйе.," е е 1 ес ОСКОРОСТНО мополярног АРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ САНИЕ ИЗОБР Х АВТОРСХОММ СВИДЕТЕЛ(71) Всесоюзный научнотельский институт элект ния(53) 621,313.713(0888) (56) 1.Красовский Б.И. прочности электрических АН СССР, 1951, с, 38.2. "Вещице Непега 1 е 6 1978, Р 7, р. 86-104. (54)(57) 1. РОТОР ВЫСОК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ го Н 02 К,9/04Н 02 К 19/ОО типа, содержащий вап, по меньшеймере две соосно расположенные нанем полюсные систеж в виде явновыраженных магнитомягких полюсов имежполюсных впадин, соединенныемежду собой магнитопроводом, о тч а ю щ и й с я тем, что, с целулучшения условий охлаждения иснижения потерь, он снабжен вентиляционными лопатками, укрепленнымина межполюсных впадинах, и кольцами, выполненными из чередующихсямежду собой магнитомягких полюсныхнаконечников и .немагнитных вставок, причем кольца .установлены наполюсных системах и жестко соединены с вентиляционными. лопатками..ч а ю щ н й с я тем, что,полюсные наконечники колец установленыс воздушным зазором относительноявновыраженных полюсов.3. Ротор по п. 1, .о т л ич а ю щ и й с я тем, что магнитопровод охвачен немагнитным кольцом,установленным относительно него сзазором, образующим кольцевой вентиляционный канал,4. Ротор по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюохлаждения, на наружной поверхностимагнитопровода аксиально расположены вентиляционные ребра.5. Ротор по пп. 1 и 4, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что венИзобретение относится к электрическим машинам, а именно к синхронным двигателям и генераторам, а так же вентильным двигателям и может быть использовано в приводах цен" тробежных компрессоров, насосов, прокатных станов и других высокооборотных механизмов.Известен ротор высокоскоростной электрической машины, содержащий вал, насаженный на него шихтованный магнитопровод, в пазы которого уложена обмотка, и бандажные кольца, служащие для удержания роторной обмотки, испытывающей действие центробежных сил при его вращении 13.Недостатком этих роторов является невысокая прочность вызванная наличием на ней обмотки, и как следетвие, низкая окружная скорость ротора.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ротор высокоскоростной электрической машины гомополярного типа, содержащий вал, по меньшей мере две .соосно расположенные на нем полюсные системы в виде явновыраженных магнитомягких полюсов и межполюсных впадин, соединенные между собой магнитопроводом 23.Недостатками этого ротора являются плохие условия охлаждения ротора и высокие потери. Большие потери в роторе и плохие условия охлаждения вызывают его сильный перегрев, зачастую недопустиьаай.Нагрев ротора вызван значительными аэродинамическими потерями и потерями на перемагничивание, в которых преобладающими являются потери в поверхностном слое ротора,тиляционные ребра выполнены в видескошенных полюсов, являющихся продолжением явновыраженных полюсовкаждой полюсной системы и переходящих в межполюсные впадины соседней полюсной системз,6Ротор по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что явно- выраженные полюса полюсных систем выполнены укороченными со стороны выходных концов вала по сравнению с полюсными наконечниками.7, Ротор по лп. 1 и б, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что вентиляционные лопатки расположены с наклоном относительно плоскости осевого аксиального сечения. обусловленные высокочастотными зуб"цовыми гармониками.Несмотря на наличие межполюсныхпромежутков, нагрев ротора увели чивается, так как аэродинамическиепотери, вызванные явнополюсностьюротора превосходят потери, отводимыепроходящим через него аксиальнымвоздушным потоком. Эффективность осе вого продува воздуха через ротор такой. конструкции весьма мала, так каквоздух отбрасывается полюсами (выполняющими роль лопастей вентилятора только в радиальных направлениях. Отсутствие каналов длявыхода отбрасываемого полюсами воздуха вызывает его постоянное перемешивание, т.е. имеют место боль"шие аэродинамические потери и прак, тически отсутствие акспального про дува. Кроме того, наличие межполюсных воздушных промежутков осложняетвыполнение демпфирующих контуров .по поверхности ротора, так как желательно их наличие также и в межпо люсных промежутках.Цель изобретения - улучшение условий охлаждения и снижение потерьв роторе.указанная цель достигается тем, ЗО что ротор снабжен вентиляционнымиопатками, укрепленными на межполюсных впадинах, и кольцами, выполненными из черсдующихся между собой магнитомягких полюсных наконечников и немагнитных вставок, причемкольца установлены на полюсные системы и жестко соединены с вентиляПри этом полюсные наконечники колец установлены с воздушным зазором относительно явяовыраженных по1067566 люсов, магнитопровод охвачен немагнитным кольцом, установленным относительно него с зазором, образующимкольцевой вентиляционный канал.На наружной поверхности магнитопровода могут быть аксиально расположены вентиляционные ребра, выполненные в виде скошенных полюсов,являющихся продолжением явновыраженных полюсов каждой полюсной системы и переходящих в межполюсныевпадины соседней полюсной системы,Явновыраженные полюса могут бытьвыполнены укороченными со сторонывыходных концов вала по сравнениюс полюснымв наконечниками,Вентиляционные лопатки расположены с наклоном относительно плоскости осевого аксиального сечения.На фиг. 1 приведена конструкцияротора с аксиальным продувом воздуха через две полюсные системыв одном направлении, на фиг. 2 -ротор в области вентиляционных лопаток, поперечное сечение; нафиг, 3 -. конструкция ротора с аксиально-радиальным продувом воздуха 1 на фиг, 4 - то же, вид сбоку;на фиг. 5 и б радиальные сеченияротора на фиг. 3 в области магнитопровода с вентиляционными ребрами,соединяквцего полюсные системь нафиг. 7 - сечение В-В на фиг. 4;на фиг. 8 - вид на торец ротора снаклоненными вентиляционными лопатками (сходные элементы на фиг. 1-8обозначены одинаково ),Ротор (фиг. 1 и 2) содержит вал1, две полюсные системы 2 и 3, магнитопровод 4 и кольца 5 - 7. Каждая полюсная система, например, полюсная система 2, включает в себяявновыраженные полюса 8-10 и межполюсные впадины 11 - 13. Магнитопро"вод 4, соединяющий между собойполюсные системы, выполнен цилиндрическим. В отличие от известных конструкций предлагаемый ротор содержит вентиляционные лопатки 14 - 16,укрепленные на межполюсных впадинах11 - 13 соответственно. На полюсныесистемы 2 и 3 насажены кольца 5 и 7состоящие иэ магнитомягких полюсныхнаконечников 17 и немагнитных вставок 18. Кольца 5 и 7 могут быть выполнены либо в виде цельных колециэ стали Х 18 Н 9 Т/ЭЯТ 1) отдельнымучасткам которого, а именно вставкам 18 приданы не магнитные свойства, либо из различных по магнитнымсвойствам материалов,сваренныхмежду собой. Толщина колец 5 и 7 выбирается исходя из соображений обеспечения технологичности сварки 19(фиг. 2), отсутствия резонансныхколебаний в процессе работы машины,а также из того, чтобы высокочастотная составляющая перемагничивания Особенность выполнения магиито провода 35 с вентиляционными ребрами 36 в виде скошенных лолюсоов эа"ключается в том, что площадь любогоиз его поперечных сечений равнаплощади сечения полюсной системы, 65 Благодаря этому уменьшается диаметр ротора, вызванная наличием зубцов,не распространялась вглубь за пределы полюсных наконечников 17 инемагнитных вставок 18. Ориентировочно для роторов диаметром 2005 600 мм толщина кольца выбирается впределах -10-30 мм. Немагнитное коль"цо б служит для уменьшения аэродинамического сопротивления ротора.Оно, в сочетании с магнитопроводом10 4 образует кольцевой воздшный промежуток 20. Вентиляционные лопатки14 - 16 расположены относительнопродольной оси ротора под углом,обеспечивающим прохождение черезротор однонаправленного воздушногопотока. Наличие скоса вентиляционных лопаток 14-16 относительно продольной оси ротора под углом, обеспечивающим прохождение через ротороднонаправленного воздушного потока, Наличие скоса вентиляционныхлопаток 14 - 16 относительно продольной оси ротора показано нафиг. 2, где видны сечения лопатоки их боковые стороны соответственно.При вращении ротора в направлении,обозначенном стрелкой 21, создается воздушный поток, направленныйпо стрелкам 22.Представленный на фиг. 3 и 430 вариант конструкции отличается отукаэанного тем, что в нем обеспечивается аксиально-радиальная вен"тиляция ротора. Полюсные системы23 и 24 ротора содержат явновыра"35 женные полюса 25 - 30 соответственно, сдвинутые относительно другдруга на 180 зл. град, На межполюсных впадинах, например, межполюсныхвпадинах 31 - 33 полюсной системы4 О 23 закреплены вентиляционные лопатки 34. На фиг. 5 и 6 показаны двасечения магнитопровода 35, с расположенными на нем вентиляционными ребрами 36, соединяющего полюсныесистема 23 и 24, на которы пунктиром обозначены явновыраженные полюса 25 и 30 полюсных систем 23 и24 соответственно.Вентиляционные ребра 36 магнитопровода 35 выполнены в виде ско 50 шенных полюсов 37 - 39, являющихся продолжением полюсов 25 - 27 со ответственно, и скошенные полюса40-42, продолжающие полюса 28-30Каждый скошенный полюс, например,55 скошенный полюс 40, переходит в Межполюсную впадину соседней полюснойсистемы, а именно в межполюсную впадину 33, 1067566стрелками 50, другого - стрелками51, Попадая на вентиляционные ребра 36 магнитопровсда 35, выполненные в виде скошенных полюсов 37-39, воздушный поток отбрасывается в радиаль ных направлениях. Ротор такой конструкции используется в машине с аксиально-радиальным продувом, выход воздуха в которой осуцествляется че 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ротора, выбираемый исходя из условия обеспечения заданной индукциив магнитопроводе 35, что позволяетувеличить его частоту вращения.Помимо Функции проведения магнитного потока, вентиляционные ребра36 выполняют Функции вентиляционныхлопаток центробежного вентилятора,обеспечивая выброс воздуха из об,ласти 43 в радиальных направлениях.Для уменьшения аэродинамическогосопротивления за счет сокращениядлины вентиляционных каналов полюснье системы 23 и 24 выполненыукороченными со стороны выходныхконцов 44 и 45 вала ротора. Приэтом желательно, чтобы длина явновыраженных полюсов, например, полюсов 25-27, не изменялась в сторону уменьшения по сравнению с областью ограниченной пунктирнойлинией 46 (Фиг, 3).На Фиг. 7 приведено сечениевентиляционной лопатки 34, приваренной к межполюсной впадине 33.Для того, чтобы обеспечить уве"личение радиальных размеров колец5.и 7, вызванное центробежными силами, вентиляционные лопатки, например, лопатки 47-49, устанавливают под некоторым углом (Фиг. В)к плоскости осевого сечения. Тогда разница в изменении размеров ко.лец 5 и 7 и полюсных систем компен"сируется изменением величины углаза счет изгиба лопаток 47-49, лежащего в области упругих деформаций.Работа ротора осуцествляетсяследующим образом,При вращении ротора, например внаправлении, обозначенном стрелкой 21 (фиг. 1 и 2 1, воздух, находящийся в межполюсных каналах, отбрасывается вентиляционными лопатками 14-16 в направлении, обозна"ченном стрелками 22, обеспечиваяаксиальную вентиляцию ротора. Частьвоздушного потока проходит в зазоре между явновыраженными полюсами8-10 и полюсными наконечниками 17,обеспечивая съем тепла с последних. В роторе (фиг. 3 и 4) создаются два встречно направленных потока.Направление одного из них обозначено рез межпакетное пространство статора и среднюю часть корпуса.Поскольку наиболее нагретой частью ротора явлйется переферийная эона активной части, в которой выделяются потери на перемагничивание, в том числе их основная составляющая, вызванная зубцовыми гармониками и аэродинамические потери, предлагаемая конструкция в сравнении с известными обеспечивает высокую эффективность отвода потерь и их снижение. Снижение потерь объясняется наличием колец 5 и 7, уменьшающих аэродинамические потери, а также наличием демпфируюцих контуров в межполюсных промежутках благодаря наличию тех же колец, Высокая эффективность охлаждения связана с обеспечением продува воздуха с помощью вентиляционных лопаток через аксизльные каналы ротора, образованные наиболее нагретыми его частями - кольцами 5 и 7 и явновыраженыыми полюсами, например, полюсами 8-10.Технико-экономический эФФект, обусловленный снижением потерь и улучшением условий охлаждения, заключается в повышении надежности машины, увеличении ее срока службы и повышении моциости в габарите.Повьааение надежности и долговечности машины объясняется уменьшением нагрева не только ротора, но также и подшипниковых узлов, статорной обмотки и обмотки возбуждения,Хороший отвод телла от наиболее нагретых участков ротора позволяет также повысить электромагнитные нагрузки в элементах ротора, в частности индукцию в полюсных наконечниках 17, явновыраженных полюсах и магнитопроводе 4 или 35 и за счет этого, повысить мощность машины при тех же ее габаритах.1667566 ЗаказСС 11223/55 Тираж 672 ВНИИПИ Государственного комитета С по делам изобретений и открытий 113035, МОсквр, Ж, Раушская наб