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 с размещенными на нем намагниченными в радиальном направлении постоянными магнитами с полюсными наконечниками, между постоянными магнитами с полюсными наконечниками имеются зазоры, а на наружной поверхности полюсных наконечников выполнены концентричные оси ротора кольцевые канавки, образующие равномерно чередующиеся выступы и пазы, при этом в кольцевых канавках размещен бандаж из немагнитного материала, охватывающий все полюсные наконечники [1].

При работе данного устройства центробежное усилие от постоянных магнитов воспринимается бандажом, что при увеличении скорости вращения ротора может привести к снижению его надежности и, как следствие, снижению надежности всего устройства. Обеспечение надежной работы при повышенных скоростях вращения ротора может быть достигнуто за счет увеличения поперечного сечения бандажа, однако это приведет к увеличению массы и габаритов.

Техническим результатом, который может быть достигнут при использовании данного изобретения, является улучшение массо-габаритных показателей за счет расширения предела скоростных характеристик путем увеличения надежности работы устройства на высоких скоростях вращения при одновременном упрощении конструкции.

Технический результат достигается тем, что в роторе электрической машины, содержащем магнитопровод с размещенными на нем намагниченными в радиальном направлении постоянными магнитами чередующейся полярности с полюсными наконечниками, между постоянными магнитами с полюсными наконечниками имеются немагнитные зазоры, а на наружной поверхности полюсных наконечников выполнены концентрично оси ротора кольцевые канавки, образующие равномерно чередующиеся выступы и пазы, при этом в кольцевых канавках размещен бандаж из немагнитного материала, охватывающий все полюсные наконечники [2], магнитопровод состоит из равномерно чередующихся соответственно выступам и пазам полюсных наконечников магнитных и немагнитных кольцевых пластин, бандаж выполнен в виде колец, имеющих в местах расположения указанных зазоров повторяющие их форму и размеры перемычки, соединяющие кольца с немагнитными кольцевыми пластинами, при этом кольца, перемычки и кольцевые немагнитные пластины выполнены заодно и одинаковы по толщине, равной ширине соответствующих пазов полюсных наконечников, а магнитные кольцевые пластины, толщина которых равна ширине соответствующих выступов полюсных наконечников, имеют по внешнему диаметру буртики, служащие для плотной фиксации немагнитных кольцевых пластин, причем в местах расположения перемычек в буртиках выполнены сквозные выемки, размеры которых повторяют размеры перемычек. Кроме того, каждый из постоянных магнитов и полюсный наконечник разделен на части плоскостями, проходящими через ось вращения ротора, с образованием между частями постоянного магнита дополнительных немагнитных зазоров, причем ширина каждой из частей полюсных наконечников увеличена на половину ширины дополнительного зазора до соприкосновения друг с другом боковыми поверхностями, при этом кольца имеют в местах расположения дополнительных зазоров повторяющие их форму и размеры дополнительные перемычки, соединяющие кольца с немагнитными кольцевыми пластинами, выполненные с ними заодно и равные им по толщине, а в местах расположения дополнительных перемычек в буртиках магнитных кольцевых пластин выполнены дополнительные сквозные выемки, размеры которых повторяют размеры дополнительных перемычек. Соприкасающиеся друг с другом боковые поверхности частей полюсных наконечников могут быть выполнены скошенными со стороны дополнительных немагнитных зазоров.

Выполнение бандажа в виде колец, составляющих единое целое с перемычками и немагнитными кольцевыми пластинами магнитопровода, обеспечивает при минимальных габаритах и простоте изготовления сохранение целостности конструкции полюсных наконечников на повышенных скоростях вращения.

Разделение постоянных магнитов на части позволяет при сохранении прежнего числа пар полюсов уменьшить механические напряжения в кольцах при действии центробежных сил.

На фиг.1 представлена конструкция ротора электрической машины.

На фиг.2 изображена конструкция ротора в поперечном разрезе (по А-А).

На фиг. 3 изображена конструкция ротора в поперечном разрезе с разделенными на части постоянными магнитами (по Б-Б).

Ротор (фиг.1 и 2) содержит магнитопровод 1, установленный, например, на валу, с равномерно размещенными на нем намагниченными в радиальном направлении постоянными магнитами 2 чередующейся полярности с полюсными наконечниками 3, выполненными из магнитного материала. Между постоянными магнитами 2 с размещенными на них полюсными наконечниками 3 имеются немагнитные зазоры. Магнитопровод 1 состоит из равномерно чередующихся соответственно выступам и пазам полюсных наконечников 3 магнитных и немагнитных кольцевых пластин 4, 5. На наружной поверхности полюсных наконечников 3 выполнены концентрично оси ротора кольцевые канавки, образующие равномерно чередующиеся выступы и пазы по всей длине полюсных наконечников 3. В кольцевых канавках размещен бандаж из немагнитного материала, охватывающий все полюсные наконечники 3, выполненный в виде колец 6, имеющих в местах расположения указанных немагнитных зазоров повторяющие их форму и размеры перемычки, соединяющие кольца 6 с немагнитными кольцевыми пластинами 5. Кольца 6, перемычки и кольцевые немагнитные пластины 5 изготовлены из высокопрочного немагнитного материала, выполнены заодно и одинаковы по толщине, равной ширине соответствующих пазов полюсных наконечников 3. Магнитные кольцевые пластины 4, толщина которых равна ширине соответствующих выступов полюсных наконечников 3, имеют по внешнему диаметру буртик, служащий для плотной фиксации немагнитных пластин 5. Каждый из постоянных магнитов 2 и каждый полюсный наконечник 3 (фиг.3) может быть разделен на части плоскостями, проходящими через ось вращения ротора с образованием между частями постоянного магнита дополнительных немагнитных зазоров. Кольца 6 имеют в местах расположения дополнительных зазоров повторяющие их форму и размеры дополнительные перемычки, соединяющие кольца 6 с немагнитными кольцевыми пластинами 5, выполненные с ними заодно и равные им по толщине. В местах расположения дополнительных перемычек в буртиках выполнены дополнительные сквозные выемки, размеры которых повторяют размеры дополнительных перемычек. Все выемки в буртиках обеспечивают возможность сборки изделия и создают дополнительную фиксацию положения колец и перемычек. Для крепления всей конструкции ротора на его обеих торцевых поверхностях установлены фиксирующие фланцы 7.

С целью обеспечения непрерывности и равномерности магнитного потока в рабочем зазоре электрической машины в местах расположения дополнительных зазоров ширина каждой из частей полюсных наконечников 3 увеличена на половину ширины соответствующего дополнительного немагнитного зазора до соприкосновения друг с другом боковыми поверхностями. Соприкасающиеся друг с другом боковые поверхности частей полюсных наконечников могут быть выполнены (фиг.3) скошенными со стороны дополнительных немагнитных зазоров. Для обеспечения сборки изделия целесообразно полюсные наконечники выполнять составными из нескольких соприкасающихся друг с другом элементов.

При работе устройства перегрузки, возникающие от действия центробежный сил, не могут вызвать разрушения бандажа, следовательно, ротора, т.к. они передаются имеющимися перемычками с колец в магнитопровод, имеющий значительное сечение. Выполнение колец 6, перемычек и немагнитных пластин 5 в виде единого целого элемента позволяет за счет простоты изготовления (например, штамповкой) повысить технологичность изготовления всего изделия.

Данная конструкция ротора позволяет обеспечить высокую надежность работы на высоких скоростях вращения, расширить скоростной диапазон и улучшить массо-габаритные показатели при одновременном упрощении всей конструкции.

Источники информации
1. SU 1406689 А1, Н 02 К 1/28, 1987.

2. SU 1677806 А1, Н 02 К 21/14, 1989.

Использование в электромашиностроении, в частности электрических машинах с постоянными магнитами на роторе. Ротор содержит магнитопровод, выполненный из равномерно чередующихся магнитных и немагнитных кольцевых пластин с размещенными на нем постоянными магнитами с полюсными наконечниками, между которыми имеются зазоры. На наружной поверхности полюсных наконечников имеются кольцевые канавки, в которых размещен бандаж из немагнитного материала, выполненный в виде колец, соединенных через перемычки, размещенные в зазорах, с немагнитными кольцевыми пластинами. Выполнение колец заодно с перемычками и немагнитными кольцевыми пластинами и разделение постоянных магнитов на части позволяет передать нагрузки, возникающие при вращении ротора, в магнитопровод. Технический результат заключается в повышении надежности работы при повышенных скоростях оборотов ротора, увеличении его скоростного диапазона и улучшении массогабаритных показателей. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Ротор электрической машины, содержащий магнитопровод с размещенными на нем намагниченными в радиальном направлении постоянными магнитами чередующейся полярности с полюсными наконечниками, между постоянными магнитами с полюсными наконечниками имеются немагнитные зазоры, а на наружной поверхности полюсных наконечников выполнены концентрично оси ротора кольцевые канавки, образующие равномерно чередующиеся выступы и пазы, в кольцевых канавках размещен бандаж из немагнитного материала, охватывающий все полюсные наконечники, отличающийся тем, что магнитопровод состоит из равномерно чередующихся соответственно выступам и пазам полюсных наконечников магнитных и немагнитных кольцевых пластин, бандаж выполнен в виде колец, имеющих в местах расположения указанных зазоров повторяющие их форму и размеры перемычки, соединяющие кольца бандажа с немагнитными кольцевыми пластинами, при этом указанные кольца бандажа, перемычки и кольцевые немагнитные пластины выполнены заодно и одинаковыми по толщине, равной ширине соответствующих пазов полюсных наконечников, а магнитные кольцевые пластины, толщина которых равна ширине соответствующих выступов полюсных наконечников, имеют по внешнему диаметру буртики, служащие для плотной фиксации немагнитных кольцевых пластин, причем в местах расположения перемычек в буртиках выполнены сквозные выемки, размеры которых повторяют размеры перемычек. 2. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что каждый из постоянных магнитов и полюсный наконечник разделен на части плоскостями, проходящими через ось вращения ротора, с образованием между частями постоянного магнита дополнительных немагнитных зазоров, причем ширина каждой из частей полюсных наконечников увеличена на половину ширины дополнительного зазора до соприкосновения их друг с другом боковыми поверхностями, при этом кольца бандажа имеют в местах расположения дополнительных зазоров повторяющие их форму и размеры дополнительные перемычки, соединяющие кольца бандажа с немагнитными кольцевыми пластинами, выполненные с ними заодно и равные им по толщине, а в местах расположения дополнительных перемычек в буртиках магнитных кольцевых пластин выполнены дополнительные сквозные выемки, размеры которых повторяют размеры дополнительных перемычек. 3. Ротор по п. 2, отличающийся тем, что соприкасающиеся друг с другом боковые поверхности частей полюсных наконечников выполнены скошенными со стороны дополнительных немагнитных зазоров.