РОТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 2003 года по МПК H02K1/27 H02K1/28 H02K21/14 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромашиностроению, и может быть использовано при проектировании синхронных высокооборотных генераторов и электродвигателей.

Известен ротор электрической машины, выполненный в виде магнитного вала, на котором равномерно по его окружности расположены постоянные магниты и магнитные полюса, разделенные на две части клиньями, обеспечивающими стабильность конструкции [1] . Данное устройство позволяет обеспечить высокую надежность работы и стабильность магнитных характеристик, однако характеризуется сложностью конструкции магнитного вала и низкой технологичностью.

Наиболее близким к данному изобретению устройством является ротор электрической машины, содержащий магнитопровод, на котором равномерно размещены намагниченные в радиальном направлении постоянные магниты чередующейся полярности с закрепленными на них полюсными наконечниками, выполненными из магнитного материала, между постоянными магнитами с полюсными наконечниками имеются немагнитные зазоры [2].

Наличие бандажа ведет к неэффективному использованию постоянных магнитов и магнитных материалов, т.к. бандаж увеличивает немагнитный зазор между ротором и статором электрической машины, и для достижения более высокой скорости вращения возникает необходимость увеличения массы магнитных элементов, что резко ухудшает массогабаритные показатели.

Техническим результатом, который может быть достигнут при использовании данного изобретения, является улучшение массогабаритных показателей.

Технический результат достигается тем, что в известном роторе электрической машины, содержащем магнитопровод, на котором равномерно размещены намагниченные в радиальном направлении постоянные магниты чередующейся полярности с закрепленными на них полюсными наконечниками, выполненными из магнитного материала, между постоянными магнитами с полюсными наконечниками имеются немагнитные зазоры [2], каждый из постоянных магнитов и соответствующий полюсный наконечник разделен на части проходящими через ось вращения плоскостями с образованием дополнительные немагнитных зазоров между ними, причем во всех указанных немагнитных зазорах размещены соответственно выполненные из немагнитного материала удерживающие элементы, одними концами жестко зафиксированные в магнитопроводе, а боковыми поверхностями других концов плотно прилегающие к поверхностям соответствующих пар скосов, выполненных на наружных ребрах частей полюсных наконечников, при этом указанные плотно прилегающие друг к другу поверхности выполнены сопряженными. Удерживающие элементы и магнитопровод могут быть выполнены в виде пакетов пластин, расположенных в плоскостях, перпендикулярных оси вращения. ротора. По середине каждого из удерживающих элементов по всей его длине может быть выполнена наружная прорезь, расположенная в плоскости, проходящей через ось вращения ротора, в которую вставлен расклинивающий элемент. Магнитопровод может быть размещен на валу и соединен с ним шлицевым соединением.

Введение удерживающих элементов, позволяющих перераспределить нагрузки, возникающие из-за действия центробежных сил при вращении ротора, и перенести их в магнитопровод, имеющий относительно большое сечение и массу (использовать его в качестве силового элемента), позволяет повысить надежность ротора на высоких оборотах, расширить скоростной диапазон вращения ротора при одновременном улучшении массогабаритных показателей.

На фиг.1 представлена конструкция ротора в поперечном разрезе;
на фиг. 2 изображена конструкция ротора с расклинивающими элементами.

Устройство (фиг. 1) содержит расположенный на валу магнитопровод 1, на котором равномерно размещены намагниченные в радиальном направлении постоянные магниты 2 чередующейся полярности с соединенными с ними полюсными наконечниками 3, выполненными из магнитного материала. Между постоянными магнитами 2 с полюсными наконечниками 3 имеются немагнитные зазоры. Каждый из постоянных магнитов 2 и соответствующий полюсный наконечник 3 разделен на части проходящими через ось вращения ротора плоскостями с образованием дополнительных немагнитных зазоров между частями. Во всех указанных немагнитных зазорах размещены соответственно выполненные из немагнитного материала удерживающие элементы 4, одними концами жестко зафиксированные в магнитопроводе 1, например, с помощью соединения "ласточкин хвост", а боковыми поверхностями других концов плотно прилегающие к поверхностям соответствующих пар скосов, выполненных на наружных ребрах полюсных наконечников 3. Плотно прилегающие друг к другу поверхности скосов и боковые поверхности удерживающих элементов 4 выполнены сопряженными для лучшего сцепления. Удерживающие элементы 4 и магнитопровод 1 могут быть выполнены монолитными или в виде пакета пластин, расположенных в плоскостях, перпендикулярных оси вращения ротора, по форме повторяя форму немагнитных зазоров. По середине каждого из удерживающих элементов 4 вдоль его длины выполнена наружная прорезь, расположенная в плоскости, проходящей через ось вращения (фиг.2), в которую вставлен расклинивающий элемент 5.

Магнитопровод 1 размещен на валу и соединен с ним шлицевым соединением, которое может быть выполнено в виде выступов, имеющихся на валу, входящих в соответствующие впадины внутренней поверхности магнитопровода. Шлицевое соединение служит для обеспечения радиально-лучевого центрирования магнитопровода 1 относительно вала при повышенных скоростях. Для обеспечения стабильности балансировки при вращении ротора соприкасающиеся боковые поверхности выступов и впадин должны обеспечивать скольжение друг относительно друга.

При вращении ротора удерживающие элементы 4 передают нагрузки, возникающие от действия центробежных сил, в магнитопровод 1, имеющий относительно большое сечение и массу, и необходимость в бандаже, охватывающем всю конструкцию, отпадает. Указанные скосы, выполненные на всех наружных ребрах частей полюсных наконечников 3, создают дополнительные поверхности для сцепления с удерживающими элементами 4, позволяющими при вращении сохранить целостность конструкции. Введение расклинивающих элементов 5 в сделанные в удерживающих элементах прорези со стороны их наружных поверхностей позволяет увеличить усилие, с каким поверхности удерживающих элементов и скосов прижимаются друг к другу. Расклинивающие элементы могут быть выполнены в виде круглых стержней, вставленных в прорези. Для повышения технологичности изготовления и достижения лучшей стыковки магнитопровод 1 и удерживающие элементы выполняются из листового материала (пакета пластин), при этом контур стыкуемых форм может быть выполнен одним штампом.

В данном устройстве наиболее полно использованы прочностные характеристики конструктивных и магнитных материалов ротора.

Устройство обладает высокой надежностью при больших оборотах ротора, может обеспечить стабильные характеристики в широком диапазоне скоростных режимов, имея при этом хорошие массогабаритные показатели.

Источники информации
1. SU 1406689, Н 02 К 1/28, 1987.

2. ЕР 0926801 А2, Н 02 К, 1997.

Использование: в электромашиностроении, в частности электрических машинах с постоянными магнитами на роторе. Ротор содержит магнитопровод с размещенными на нем постоянными магнитами чередующейся полярности, разделенными на части плоскостями, проходящими через ось его вращения с соответствующими полюсными наконечниками. Между частями постоянных магнитов с полюсными наконечниками имеются немагнитные зазоры, в которые установлены удерживающие элементы, одними концами зафиксированные в магнитопроводе, а другими концами плотно прилегающие к поверхностям скосов, выполненных на наружных ребрах полюсных наконечников. Нагрузки, возникающие при вращении ротора, передаются удерживающими элементами в магнитопровод. Технический результат заключается в повышении надежности работы при повышенных скоростях оборотов ротора, увеличении его скоростного диапазона и улучшении массогабаритных показателей. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Ротор электрической машины, содержащий соединенный с валом магнитопровод, на котором равномерно размещены намагниченные в радиальном направлении постоянные магниты чередующейся полярности с закрепленными на них полюсными наконечниками, выполненными из магнитного материала, между постоянными магнитами с полюсными наконечниками имеются немагнитные зазоры, отличающийся тем, что каждый из постоянных магнитов и соответствующий полюсный наконечник разделен на части проходящими через ось вращения плоскостями с образованием дополнительных немагнитных зазоров между указанными частями, причем во всех указанных немагнитных зазорах размещены соответственно выполненные из немагнитного материала удерживающие элементы, одними концами жестко зафиксированные в магнитопроводе, а боковыми поверхностями других концов плотно прилегающие к поверхностям соответствующих пар скосов, выполненных на наружных ребрах частей полюсных наконечников, при этом указанные плотно прилегающие друг к другу поверхности выполнены сопряженными. 2. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что удерживающие элементы выполнены в виде пакетов пластин, расположенных в плоскостях, перпендикулярных оси вращения ротора. 3. Ротор по любому из пп. 1 и 2 отличающийся тем, что магнитопровод выполнен в виде пакета пластин, расположенных в плоскостях, перпендикулярных оси вращения ротора. 4. Ротор по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что по середине каждого из удерживающих элементов по его длине в плоскости, проходящей через ось вращения ротора, выполнена наружная прорезь, в которую вставлен расклинивающий элемент. 5. Ротор по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что магнитопровод соединен с валом шлицевым соединением.