ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С ГОРИЗОНТАЛЬНЫМ ВАЛОМ Российский патент 1994 года по МПК H02K5/16 

Изобретение относится к области электромашиностроения, преимущественно к машинам переменного тока.

Известна конструкция микроэлектродвигателя, содержащего магнитопровод статора с уложенной в пазы обмоткой статора, закрепленный в корпусе статора и отделенный от ротора воздушным зазором, в котором у торцов магнитной системы закреплены подшипники качения, статическими своими кольцами на статоре, а вращающимися кольцами - на роторе, по внешнему диаметру. Подобная конструкция описана в авторском свидетельстве N 497.683, МКИ: H 02 K 5/16, 1973 г. , л. 1.

Конструкция микроэлектродвигателя по л. 1 принята в качестве аналога изобретению.

Известна конструкция мощного турбогенератора, содержащего неявнополюсный ротор, отделенный от магнитопровода статора воздушным радиальным зазором, причем в магнитопроводе статора в пазах закреплена обмотка статора диэлектрическими клиньями, а сам магнитопровод закреплен в корпусе статора, закрытого по торцам газоплотными щитами, за которыми шейки вала опираются на подшипники, создавая межопорное расстояние ротора, превышающее длину корпуса статора. Подобная конструкция турбогенератора описана в книге: Титов В. В. и другие, "Турбогенераторы. Расчет и конструкция. ", Л. О. , Энергия, 1967 г. , с. 43, рис. 1-20, л. 2.

К недостаткам рассмотренной в л. 2 конструкции относятся следующие:
1. Межопорное расстояние ротора практически превышает длину корпуса статора, что создает прогиб вала со стрелкой в центре масс до 1000-1500 мкм, а это повышает вибрации ротора и снижает его надежность.

2. Прогиб вала при таком расположении опор ограничивает мощность машины за счет необходимости закладывать большие запасы по механической прочности, уменьшая при этом диаметр ротора, что удлиняет машину и приводит к перерасходу активных материалов.

Рассмотренная в л. 2 конструкция турбогенератора выбрана прототипом изобретению.

Целью изобретения является снижение вибраций ротора и машины за счет уменьшения прогиба ротора от действия массовых сил.

Сущностью изобретения, посредством которой достигается поставленная цель, является следующее: 1. В мощной машине переменного тока по краям магнитной системы по внешнему диаметру ротора на его металлических высокопрочных клиньях крепится вращающийся антифрикционный элемент, изолированный диэлектриком от выступов клиньев, а на металлических немагнитных клиньях магнитопровода статора крепится статический антифрикционный элемент, изолированный от выступов клиньев диэлектриком, причем антифрикционные элементы располагаются в герметизированных смазочных камерах, заполняемых смазкой. 2. В машине предельной мощности дополнительно симметрично линии центра масс ротора по внешнему диаметру ротора закреплен на высокопрочных клиньях ротора вращающийся антифрикционный элемент, изолированный диэлектриком от выступов клиньев, который опирается на статический антифрикционный элемент, закрепленный на выступах клиньев статорной обмотки и изолированный от них диэлектриком, причем антифрикционные элементы размещены в герметизированной смазочной камере, заполняемой смазкой по трубопроводу, проложенному между пакетами статора.

Фиг. 1 представляет половину продольного разреза электрической машины с подшипниками по краям магнитной системы и в центре масс ротора. Фиг. 2 представляет вариант крепления антифрикционных элементов. Фиг. 3 представляет второй вариант крепления антифрикционных элементов. Фиг. 4 представляет вариант выполнения трубопроводов циркуляции смазки в среднем подшипнике.

На фиг. 1 изображен продольный разрез электрической машины - 1, содержащей ротор 2 с уложенной в пазы обмоткой возбуждения 3, закрепленной высокопрочными немагнитными высокорезистивными клиньями 4, на которых закреплены вращающиеся антифрикционные элементы 5,6 и 7, которые изолированы от выступов клиньев 4 диэлектриком 8. Воздушный зазор 9 отделяет от ротора 2 статор 10, магнитопровод 11 которого с уложенной в пазы м-фазной оболочкой 12 и закрепленной в них немагнитными высокорезистивными клиньями 13, выступы 14 которых изолированы диэлектриком 15 от статических антифрикционных элементов - 16, 17 и 18. Образованные таким образом подшипники 19, 20 и 21 герметизированы вращающимися уплотнениями 22, 23 и 24 и статическими уплотнениями 25, 26 и 27, которые образуют смазочные камеры 28, 29 и 30 с циркуляционной арматурой 31, 32 и 33. Подшипник 21 расположен симметрично плоскости центра масс 34 ротора 2. Магнитопровод 11 закреплен в корпусе 35. На ротор 2 со стороны привода насажен фланец 36, а со стороны возбудителя - муфта 37. На фиг. 2 представлено сопряжение подшипников 19 и 20, выполненных подшипниками качения, своими вращающимися 5 и 6 и статическими кольцами 16 и 17 соответственно с выступами 38 клиньев 4 с диэлектрической изоляцией 8 и выступами 14 клиньев 13, изолированных диэлектриком 15. Выступы 38 и 14 выполнены тангенциальными, входящими в соответствующие впадины 39 и 40 колец 5 и 6, 16 и 17. Телами качения 4 могут быть шарики, ролики или игольчатые элементы для малых воздушных зазоров в синхронных или асинхронных машинах.

На фиг. 3 представлен второй вариант сопряжения антифрикционных элементов 5,6 и 16, 17, и 7, 18 с соответствующими выступами 38 и 14 клиньев 4 ротора 2, выполненными радиальными, и с клиньями 13, выполненными радиальными. Возможны также и комбинации: радиальные выступы 38 клиньев 4 и тангенциальные выступы 14 клиньев 13, или наоборот тангенциальные выступы 38 клиньев 4 и радиальные выступы 14 клиньев 13 сопрягаются через диэлектрик с антифрикционными элементами 5-7 и 16-18.

На фиг. 4 представлено размещение циркуляционной арматуры 33, подводящей и отводящей смазку в камеру смазки 30, которая размещена между двумя пакетами 42 магнитопровода 11 статора 10.

Электрическая машина (см. фиг. 1) работает следующим образом. Вращение ротора 2, создаваемое приводным двигателем в генераторах или магнитным полем в двигателях или компенсаторах, осуществляется для машин с длиной ротора 2 до 2,5-3,0 м в подшипниках 19 и 20, размещенных по краям магнитопровода 11 статора 10, а для машин 1 с длиной ротора 2 свыше 3,0 м осуществляется в подшипниках 19 и 20, установленных по краям магнитопровода 11 статора 10 и в подшипнике 21, установленном по оси центра масс 34 ротора 2. Вращение при этом осуществляется с меньшими прогибами ротора 2 и, как следствие, с меньшими вибрациями на подшипниках и магнитными вибрациями из-за изменения за счет эксцентриситета воздушного зазора 9. Выступы 38 и 14 в клиньях 4 и 13 воспринимают моменты сил трения.

К преимуществам изобретения по сравнению с прототипом относятся следующие:
Применение подшипников, закрепленных по краям магнитной системы в электрических машинах позволяет снизить вибрации ротора, обусловленные прогибов вала от действия массовых сил для роторов длиной до 3 м.

Применение двух подшипников в крайних зонах магнитопровода и третьего по оси плоскости центра масс ротора позволяет уменьшить вибрации длинных роторов, обусловленных прогибом от массовых сил и магнитными силами, обусловленными эксцентриситетом воздушного зазора от прогиба ротора.

Применение подшипников, размещенных в воздушном зазоре позволит при равных с прототипом диаметрах ротора повысить запас прочности за счет устранения прогиба и уменьшения этим изгибных колебаний ротора.

Изобретение может быть использовано в машинах переменного тока: генераторах и двигателях синхронных и асинхронных и синхронных компенсаторах. (56) Авторское свидетельство СССР N 497683, кл. H 02 K 5/16, 1973.

В. В. Титов и др. Турбогенераторы. Расчет и конструкция, Энергия, Л. О. 1967 г. , с. 43, рис. 1-20.

Использование: в электрических машинах переменного тока. Сущность изобретения: электрическая машина содержит горизонтальный вал с ротором. В воздушном зазоре машины установлены подшипники. Все детали подшипников изготовлены из высокорезистивных немагнитных материалов. Возможна компановка с двумя подшипниками, установленными по краям магнитопровода статора. А возможна компановка с дополнительно установленным в центре плоскости масс ротора. Изобретение позволяет снизить вибрации ротора и повысить запасы его прочности. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С ГОРИЗОНТАЛЬНЫМ ВАЛОМ, содержащая статор, в радиальных пазах которого закреплена клиньями m-фазная обмотка, насаженный на вал ротор с магнитопроводом, в радиальные пазы которого уложена закрепленная клиньями обмотка, и подшипники с кольцами, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности электрической машины путем снижения уровня ее вибраций, подшипники расположены по краям магнитопровода и закреплены на изолированных от их колец диэлектриком клиньях пазов ротора и статора посредством выступов на клиньях и впадин в кольцах подшипников. 2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения прогиба ротора большой длины, она снабжена дополнительным подшипником, установленным в воздушном зазоре машины симметрично плоскости центра масс ротора.