РОТОР ВЫСОКООБОРОТНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ (ЕГО ВАРИАНТЫ) Российский патент 2006 года по МПК H02K21/14 H02K1/27 

Изобретение относится к электротехнике, а именно - к электромашиностроению, и может быть использовано при проектировании высокооборотных электрических машин.

Известен ротор высокоскоростной электрической машины, содержащий вал, на котором установлено ярмо с расположенными на нем магнитами, охваченными удерживающим бандажом [1]. Недостатком известной конструкции [1] является низкая окружная скорость вращения ротора, обусловленная неполным использованием прочностных свойств удерживающего бандажа.

Наиболее близким к изобретению и его вариантам устройством является ротор высокоскоростной электрической машины, содержащий вал, на котором установлено ярмо с размещенными на нем постоянными магнитами, цилиндрическая наружная поверхность которых охвачена удерживающим бандажом, выполненным из немагнитного материала [2]. Для повышения надежности конструкции при повышенных скоростях вращения удерживающий бандаж подпружинен закрепленными на валу упругодемпферными элементами с Г-образными ребрами, которые деформируются соответственно бандажу. Однако такая конструкция сложна и громоздка, т.к. требует увеличения диаметра и осевых габаритов вала и увеличения толщины бандажа (из-за необходимости обеспечения торцевого крепления бандажа). Положительным результатом, который может быть достигнут при использовании данного изобретения и его вариантов, является упрощение конструкции и улучшение массогабаритных показателей.

Положительный результат по первому варианту достигается тем, что в роторе высокооборотной электрической машины, содержащем вал, на котором установлено ярмо с размещенными на нем постоянными магнитами, наружная цилиндрическая поверхность которых охвачена удерживающим бандажом, выполненным из немагнитного материала [2], согласно изобретению, торцевые поверхности постоянных магнитов также охвачены упомянутым удерживающим бандажом, который выполнен с боковыми фланцами, напрессованными на ярмо, длина которого больше длины постоянных магнитов. Кроме того что постоянные магниты могут быть разделены по длине не менее чем на две части плоскостью, перпендикулярной оси вращения ротора, удерживающий бандаж имеет дополнительные кольца, которые вставлены в промежутки между частями постоянных магнитов.

Массогабаритные показатели могут быть дополнительно повышены за счет использования второго варианта изобретения, а именно путем модификации конструкции ярма. Положительный результат по второму варианту изобретения достигается за счет того, что в роторе высокооборотной электрической машины, содержащем вал, на котором установлено ярмо с размещенными на нем постоянными магнитами, наружная цилиндрическая поверхность которых охвачена удерживающим бандажом, выполненным из немагнитного материала [2], согласно изобретению ярмо состоит из трех выполненных заодно цилиндрических частей: первой, граничащей с валом, второй, имеющей наибольшую длину, и третьей, длина которой равна длине граничащих с нею постоянных магнитов, причем торцевые поверхности постоянных магнитов и третьей цилиндрической части ярма также охвачены упомянутым удерживающим бандажом, который выполнен с боковыми фланцами, напрессованными на вторую цилиндрическую часть ярма. Удерживающий бандаж для возможности сборки разделен на две части плоскостью, перпендикулярной оси вращения ротора. При необходимости создания устройства с валом большого диаметра, превышающего диаметр самого ротора (согласно третьему варианту исполнения), вал может быть соединен не с ярмом, а с одним из боковых фланцев удерживающего бандажа.

Положительный результат по третьему варианту изобретения достигается за счет того, что в роторе высокооборотной электрической машины, содержащем вал, ярмо, на котором установлены постоянные магниты, наружная цилиндрическая поверхность которых охвачена удерживающим бандажом, выполненным из немагнитного материала [2], торцевые поверхности постоянных магнитов также охвачены удерживающим бандажом, который выполнен с боковыми фланцами, напрессованными на ярмо, длина которого больше длины постоянных магнитов, при этом вал выполнен заодно с одним из боковых фланцев удерживающего бандажа.

Данное выполнение ротора также позволяет оптимизировать массогабаритные показатели при сохранении всех механических характеристик, присущих роторам данного типа электрических машин. Во всех вариантах данного исполнения ротора в каждой из зон прессового соединения боковых фланцев удерживающего бандажа и ярма (второй цилиндрической части ярма по второму варианту) может быть дополнительно установлено не менее трех радиальных штифтов, расположенных равномерно по окружности. Все три варианта изобретения объединены единым техническим замыслом, направленным на создание конструкции ротора высокооборотной электрической машины с заданными механическими свойствами, высокой надежностью при повышенных скоростях вращения и оптимальными массогабаритными показателями путем выполнения удерживающего бандажа с боковыми фланцами и выбора его соединения с частями ротора. Дополнительные положительные результаты (дополнительное повышение массогабаритных показателей) являются следствиями использования соответствующих вариантов выполнения устройства.

На Фиг.1 изображена конструкция ротора по первому варианту исполнения.

На Фиг.2 изображена модификация выполнения первого варианта ротора (с разделением на части постоянных магнитов).

На Фиг.3 и 4 изображены конструкции ротора по второму и третьему вариантам выполнения соответственно.

Устройство содержит вал 1 (Фиг.1, 2, 3, 4) и ярмо 2 с размещенными на нем постоянными магнитами 3, наружная цилиндрическая поверхность которых охвачена удерживающим бандажом 4. Торцевые поверхности магнитов 3 также охвачены удерживающим бандажом 4, который выполнен с боковыми фланцами. По первому варианту исполнения (Фиг.1, 2) ярмо 2 и вал 1 представляют собой две независимые детали, причем величина активной части ротора, соответствующая длине постоянных магнитов L (в плоскости продольного осевого сечения ротора), должна быть меньше длины ярма - для обеспечения соединения с боковыми фланцами бандажа 4. По второму варианту изготовления (Фиг.3) ротора ярмо 2 состоит из трех выполненных заодно цилиндрических частей: первой, граничащей с валом 1, второй (средней) и третьей, граничащей с постоянными магнитами. Длины трех частей могут быть произвольными, однако длина второй (средней) - наибольшая, при этом длина третьей цилиндрической части ярма равна длине постоянных магнитов. Удерживающий бандаж 4 для обеспечения возможности сборки разделен на две части плоскостью, перпендикулярной оси вращения ротора, при этом части могут быть одинаковыми. Ярмо 2 в первом и втором вариантах исполнения установлено на валу 1. По третьему варианту (Фиг.4) вал 1 соединен не с ярмом 2, а с одним из боковых фланцев удерживающего бандажа 4, конструктивно являясь его продолжением за счет выполнения с ним заодно как единое целое.

Устройство работает следующим образом.

При вращении ротора на удерживающий бандаж 4 действуют растягивающие усилия, вызванные центробежными силами собственной массы и массы постоянных магнитов 3. Под действием растягивающих усилий бандаж 4 увеличивается в диаметре на величину, зависящую от значения напряжения в бандаже 4 и модуля упругости его материала.

Часть усилий (центробежных сил постоянных магнитов), возникающих в тонкостенной части упрочняющего бандажа 4, охватывающего цилиндрическую часть магнитов, перераспределяется в его торцевые части, что позволяет уменьшить толщину тонкостенной части бандажа на 20-50% при L/d от 1 до 0,5 соответственно, где d - диаметр ротора (Фиг.1). Для облегчения конструкции боковые части бандажа могут быть выполнены с выборками. При изготовлении ротора с увеличенной длиной активной части, соответствующей длине постоянных магнитов, последние могут быть разделены на части (по меньшей мере на две). Для повышения надежности и уменьшения перенапряжений в тонкостенной части бандажа в образовавшиеся промежутки между частями магнитов в этом случае устанавливаются дополнительные кольца удерживающего бандажа 4, которые выполнены с ним заодно и из того же материала.

Выполнение ярма (Фиг.3) в виде трех цилиндрических частей, средняя часть из которых имеет наибольшую длину, позволяет снизить массу бандажа 4 без ухудшения механических характеристик ротора.

Соединение упрочняющего бандажа с валом (Фиг.4) позволяет обеспечить стыковку ротора с валом большого диаметра, соизмеримого с диаметром самого ротора, если того требует конструкция электрической машины.

При увеличении скорости вращения ротора (аварийных забросах частоты вращения) возможно уменьшение натяга между боковыми фланцами упрочняющего бандажа 4 и ярмом 2 (Фиг.1-4), что может вызвать появление зазора между ними и, как следствие, нарушение балансировки ротора и снижение надежности работы. Для исключения подобной ситуации использовано лучевое центрирование, для чего в каждой зоне прессового соединения боковых фланцев и ярма 2 (или его части) дополнительно установлено не менее трех радиальных штифтов, расположенных равномерно по окружности соответствующих фланцев.

Данное техническое решение может быть использовано при создании высокоскоростных электрических машин, т.к. позволяет обеспечить высокую надежность при повышенных скоростях вращения ротора при оптимальных массогабаритных показателях и высоких механических характеристиках.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР 873343, Н 02 К 21/14, 1978.

2. SU 1039003, Н 02 К 21/14, 1982.

Изобретение относится к электротехнике, а именно - к электромашиностроению, и может быть использовано при проектировании высокооборотных электрических машин. Ротор высокооборотной электрической машины содержит вал и ярмо с размещенными на нем постоянными магнитами. Наружная цилиндрическая поверхность и торцевые поверхности постоянных магнитов охвачены удерживающим бандажом, выполненным с боковыми фланцами, напрессованными на ярмо. При высоких скоростях вращения ротора боковые части бандажа разгружают его тонкостенную часть, охватывающую цилиндрическую часть постоянных магнитов, позволяя оптимально использовать прочностные характеристики бандажа. Для сохранения балансировки ротора применено лучевое центрирование, для чего в зоне прессового соединения боковых фланцев бандажа с ярмом установлено не менее трех радиальных штифтов. Технический результат заключается в упрощении конструкции ротора и повышении надежности. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Ротор высокооборотной электрической машины, содержащий вал, на котором установлено ярмо с размещенными на нем постоянными магнитами, наружная цилиндрическая поверхность которых охвачена удерживающим бандажом, выполненным из немагнитного материала, отличающийся тем, что торцевые поверхности постоянных магнитов также охвачены упомянутым удерживающим бандажом, который выполнен с боковыми фланцами, напрессованными на ярмо, длина которого больше длины постоянных магнитов.2. Ротор высокооборотной электрической машины по п.1, отличающийся тем, что постоянные магниты разделены по длине не менее чем на две части плоскостью, перпендикулярной оси вращения ротора, при этом удерживающий бандаж имеет дополнительные кольца, которые вставлены в промежутки между частями постоянных магнитов.3. Ротор высокооборотной электрической машины по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в каждой из зон прессового соединения боковых фланцев удерживающего бандажа и ярма дополнительно установлено не менее трех радиальных штифтов, расположенных равномерно по окружности.4. Ротор высокооборотной электрической машины, содержащий вал, на котором установлено ярмо с размещенными на нем постоянными магнитами, наружная цилиндрическая поверхность которых охвачена удерживающим бандажом, выполненным из немагнитного материала, отличающийся тем, что ярмо состоит из трех выполненных заодно цилиндрических частей: первой, граничащей с валом, второй, имеющей наибольшую длину, и третьей, длина которой равна длине граничащих с нею постоянных магнитов, причем торцевые поверхности постоянных магнитов и третьей цилиндрической части ярма также охвачены упомянутым удерживающим бандажом, который выполнен с боковыми фланцами, напрессованными на вторую цилиндрическую часть ярма, а удерживающий бандаж разделен на две части плоскостью, перпендикулярной оси вращения ротора.5. Ротор высокооборотной электрической машины по п.4, отличающийся тем, что в каждой из зон прессового соединения боковых фланцев удерживающего бандажа и второй цилиндрической части ярма дополнительно установлено не менее трех радиальных штифтов, расположенных равномерно по окружности.6. Ротор высокооборотной электрической машины, содержащий вал, ярмо, на котором установлены постоянные магниты, наружная цилиндрическая поверхность которых охвачена удерживающим бандажом, выполненным из немагнитного материала, отличающийся тем, что торцевые поверхности постоянных магнитов также охвачены удерживающим бандажом, который выполнен с боковыми фланцами, напрессованными на ярмо, длина которого больше длины постоянных магнитов, при этом вал выполнен заодно с одним из боковых фланцев удерживающего бандажа.7. Ротор высокооборотной электрической машины по п.6, отличающийся тем, что в каждой из зон прессового соединения боковых фланцев удерживающего бандажа и ярма дополнительно установлено не менее трех радиальных штифтов, расположенных равномерно по окружности.