РОТОР ДЛЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 2013 года по МПК H02K1/32 H02K1/26 H02K9/12 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области электрических машин. Оно относится к ротору для электродинамических машин в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.

Уровень техники

Корпуса статора и ротора электродинамических машин, к примеру генераторов, выполнены зачастую как корпуса из листового металла, которые состоят из соединенных болтами в пакеты отдельных сегментов из листового металла. В корпусах из листового металла по внутреннему или наружному периметру расположены проходящие в радиальном направлении пазы для размещения соответствующих обмоток. Ротор такой машины описан, к примеру, в ЕР-А2-0736953.

У машин высокой мощности посредством вставки установочных перемычек между соседними деталями пакетов корпуса из листового металла образуются радиальные охлаждающие каналы, через которые проходит охлаждающая среда, к примеру охлаждающий воздух, для отведения тепла, образующегося в процессе работы в обмотке или в корпусе из листового металла.

Традиционные установочные перемычки для статоров, известные, к примеру, из документов ЕР-А2-0893871, или из US-A-4,362,960, или из US-B2-6,583,526, изготавливаются обычно как двойные Т-образные профили или как прямоугольные профили из стали, немагнитной стали или алюминия и закрепляются на сегментах из листового металла посредством точечной сварки или приклеивания.

Для быстровращающихся корпусов роторов из листового металла приклеивание или точечная сварка установочных перемычек не является достаточным условием, ввиду наличия значительных центробежных сил.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является, поэтому, предоставление сведений о роторе ранее указанного типа, установочные перемычки которого простым способом защищены от вредного воздействия возникающих в процессе работы центробежных сил.

Задача решается посредством совокупности признаков пункта 1 формулы изобретения. Существенным для изобретения является то, что для восприятия воздействующих на них центробежных сил установочные перемычки поддерживаются болтами, которые проходят в аксиальном направлении через корпус ротора из листового металла. Посредством этого обеспечивается закрепление установочных перемычек на корпусе из листового металла, которое выдерживает воздействие самых больших возникающих центробежных сил.

В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения изобретения установочные перемычки располагаются, в основном, в радиальном направлении.

Следующий предпочтительный вариант выполнения изобретения характеризуется тем, что, по меньшей мере, одна деталь установочных перемычек выполнена из одной заготовки и имеет постоянную толщину, причем установочные перемычки постоянной толщины вырезаны, в частности, из металлического листа. Выполненные из одной заготовки установочные перемычки предпочтительно содержит, соответственно, расширенный первый участок, имеющий, по меньшей мере, одно отверстие для вставки аксиальных болтов корпуса из листового металла, а также узкий второй участок в форме радиального пальца.

Предпочтительным является то, что, по меньшей мере, одна деталь установочных перемычек собрана, соответственно, из множества, по меньшей мере, частично расположенных друг над другом отдельных деталей, причем предпочтительно собранные из множества, по меньшей мере, частично расположенных друг над другом отдельных деталей установочные перемычки в зонах, в которых отдельные детали располагаются друг над другом, имеют одинаковую толщину.

Собранные установочные перемычки содержат, предпочтительно, верхнюю деталь и нижнюю деталь, которые имеют, соответственно, расширенный первый участок с отверстием для вставки аксиальных болтов корпуса из листового металла, а также узкий второй участок в форме радиального пальца, причем обе детали первым участком и находящимся там отверстием расположены друг над другом, при этом пальцы расположены на расстоянии друг от друга.

Для выравнивания с общей толщиной обоих, расположенных друг над другом, первых участков пальцы имеют, в частности, удвоенную, по сравнению с первыми участками, толщину.

Для удвоения толщины на пальцах могут быть расположены полосовидные накладки.

Собранные установочные перемычки содержат, соответственно, верхнюю деталь и нижнюю деталь, причем одна из обеих деталей имеет расширенный первый участок с отверстием для вставки аксиальных болтов корпуса из листового металла, а также два узких вторых участка в форме радиального пальца, которые расположены на расстоянии друг от друга, при этом другая из обеих деталей выполнена в виде диска с отверстием, причем диск с отверстием и первый участок с выполненным в нем отверстием расположены друг над другом, причем для выравнивания с общей толщиной первого участка и расположенного над ним диска с отверстием пальцы имеют удвоенную, по сравнению с первым участком, толщину.

В частности, для удвоения толщины на пальцах могут быть расположены полосовидные накладки.

Предпочтительным является то, что по наружному периметру сегментов из листового металла расположены радиальные желобообразные вырезы, которые образуют в корпусе из листового металла пазы для обмотки, причем установочные перемычки в радиальном направлении проходят между желобообразными вырезами.

Предпочтительно, если установочные перемычки дополнительно к опоре на болты соединены с сегментом из листового металла посредством сварки, точечной сварки или штифтования.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:

фиг.1 - сегмент ротора из листового металла с опирающимися на болты однопальцевыми установочными перемычками, в соответствии с вариантом выполнения изобретения;

фиг.2а, 2b - вид в перспективе отдельной двухпальцевой установочной перемычки первого типа (фиг.2а), а также соответствующий сегмент ротора из листового металла с опирающимися на болты однопальцевыми и двухпальцевыми установочными перемычками (фиг.2b), в соответствии со вторым предпочтительным вариантом выполнения изобретения;

фиг.3а, 3b - вид в перспективе отдельной двухпальцевой установочной перемычки второго типа (фиг.3а), а также соответствующий сегмент ротора из листового металла с опирающимися на болты однопальцевыми и двухпальцевыми установочными перемычками (фиг.3b), в соответствии с третьим предпочтительным вариантом выполнения изобретения;

фиг.4а, 4b - вид в перспективе отдельной двухпальцевой установочной перемычки третьего типа (фиг.4а), а также соответствующий сегмент ротора из листового металла с опирающимися на болты однопальцевыми и двухпальцевыми установочными перемычками (фиг.4b), в соответствии с четвертым предпочтительным вариантом выполнения изобретения;

фиг.5a, 5b - вид в перспективе отдельной двухпальцевой установочной перемычки первого типа (фиг.5а), а также соответствующий сегмент ротора из листового металла с опирающимися на болты однопальцевыми и двухпальцевыми установочными перемычками (фиг.2b), в соответствии со вторым предпочтительным вариантом выполнения изобретения.

Осуществление изобретения

На фиг.1 в перспективном изображении представлен сегмент 10 ротора из листового металла с поддерживаемыми болтами однопальцевыми установочными перемычками 14, в соответствии с первым вариантом выполнения изобретения. Сегмент 10 из листового металла имеет форму кольцевого сегмента и по внешнему периметру имеет большое количество радиальных желобообразных вырезов 11, которые в корпусе ротора из листового металла в сборе образуют аксиальные пазы для размещения обмотки ротора. Далее в сегменте 10 из листового металла на нескольких концентричных диаметральных окружностях выполнены отверстия 12 и 13 под болты, которые выполнены в корпусах из листового железа и предназначены для вставки соответствующих болтов, как показано в упомянутом в начале документе ЕР-А2-0736953. Большие болтовые отверстия 12 предназначены для болтов с ободком, а малые болтовые отверстия 13 для зажимных болтов.

На верхней стороне сегмента 10 из листового металла в аксиальном направлении размещено несколько - в примере по фиг.1 три - установочные перемычки 14, которые выполнены из одной заготовки и, к примеру, посредством лазера, вырезаны из металлического листа. Установочные перемычки 14 сформированы таким образом, что обеспечивается не только аксиальное прижатие, но и оптимальная подача воздуха. Установочные перемычки 14, в противодействие возникающим в процессе работы (радиальным) центробежным силам, поддерживаются проведенными через болтовые отверстия 12 болтами с ободком. Это достигается посредством того, что установочные перемычки 14 на внутреннем конце содержат, соответственно, расширенный первый участок 15, имеющий в радиальном направлении два, расположенных друг за другом, отверстия, которые соответствуют болтовым отверстиям 12 сегмента 10 из листового металла. Таким образом, в корпусе из листового металла, болты с ободком проходят через отверстия на участке 15 установочных перемычек 14 и надежно фиксируют их.

В направлении радиально вовне первый участок или участок 15 с отверстиями переходит в узкий радиальный палец 16, который проходит между соседними желобобразными вырезами 11 до внешней кромки сегмента 10 из листового железа. Таким образом, между соседними установочными перемычками 14 или пальцами 16 в корпусе из листового металла образуются радиальные каналы, через которые может протекать охлаждающий воздух или другая охлаждающая среда. В данном примере установочные перемычки 14 имеют везде одинаковую толщину. В предпочтительным варианте они вырезаны посредством лазера или иным образом цельно изготовлены из стали, антимагнитной стали или алюминия.

В примере выполнения по фиг.1 установочные перемычки 14 в зоне желобообразных вырезов 11 имеют между собой относительно большой зазор. Лишь на каждом третьем зубе (зона между соседними желобообразными вырезами 11) сегмента 10 из листового металла располагается палец 16 установочной перемычки 14. Для получения здесь более точного распределения охлаждающих каналов могут вводиться дополнительные установочные перемычки, как детально представлено на фиг.2-5 на соответствующем фрагменте (а).

Все дополнительные установочные перемычки 17, 24, 27, 32 имеют одинаковую клешнеобразную основную форму, а именно расширенный внутренний участок 20, 20', на котором выполнено отверстие 21 под болт, соответствующее болтовому отверстию 13, а также два, отходящих от этого участка 20, 20', находящихся на расстоянии друг от друга, проходящих в радиальном направлении, пальца 22, 23. Как очевидно на основании фрагмента (b) фиг.2-5, оба пальца 22, 23 дополнительных установочных перемычек 17, 24, 27, 32 проходят также между соседними желобообразными вырезами 11 до наружной кромки листового сегмента 10. Таким образом, по обеим продольным сторонам желобообразного выреза 11 расположено по одному пальцу.

Дополнительные установочные перемычки 17, 24, 27, 32 собраны, соответственно, из нескольких, по меньшей мере, частично расположенных друг над другом, отдельных деталей 18, 19 (фиг.2), или 18, 19, 25, 26 (фиг.3), или 28, 29, 30, 31 (фиг.4 и 5). Собранные из нескольких, по меньшей мере, частично расположенных друг над другом, отдельных деталей 18, 19; 25, 26; 28, 29; 30, 31 установочные перемычки 17, 24, 27, 32 имеют в зонах, в которых отдельные детали 18, 19; 25, 26; 28, 29; 30, 31 расположены друг над другом, одну и ту же толщину, которая соответствует толщине других установочных перемычек 14.

В примерах выполнения изобретения с фиг.2(а) и 3(а) собранные установочные перемычки 17 или 24 имеют, соответственно, верхнюю деталь 18 и нижнюю деталь 19, которые имеют, соответственно, расширенный первый участок 20 или 20' с отверстием 21 для вхождения аксиальных болтов сегмента из листового металла, а также узкий второй участок в форме радиального пальца 22 или 23. Верхняя деталь 18 и нижняя деталь 19 расположены относительно друг друга как ножки циркуля, причем отверстия 21 под болты обоих деталей расположены друг над другом и образуют ось циркуля. Пальцы 22, 23 для выравнивания с общей толщиной обоих, расположенных друг над другом, первых участков 20, 20' выполнены с удвоенной, по сравнению с первыми участками 20, 20', толщиной.

Для этого в представленном на фиг.2 варианте выполнения изменяется высота пальцев 22, 23, которая у верхней детали 18 увеличивается в направлении вниз, а у нижней детали 19 увеличивается в направлении вверх. Посредством этого выравнивается сдвиг по высоте между обоими пальцами 22, 23.

В представленном на фиг.3 варианте выполнения для удвоения толщины на пальцах 22, 23 расположены полосовидные накладки 25, 26, причем накладка 25 на верхней детали 18 нанесена на нижней стороне, а накладка 26 на нижней детали 19 нанесена на верхней стороне.

В примерах выполнения изобретения по фиг.4 и 5 сборные установочные перемычки 27 или 32 содержат, соответственно, верхнюю деталь 28 и нижнюю деталь 29. Нижняя деталь 29 имеет расширенный первый участок с отверстием 21 для вставки аксиальных болтов корпуса из листового металла, а также два узких вторых участка в форме радиальных пальцев 22, 23, которые расположены на расстоянии друг от друга. Верхняя деталь 28 выполнена в виде диска с отверстием. Диск 28 с отверстием и первый участок 20 с находящимся там отверстием расположены друг над другом. Верхняя и нижняя детали могут также меняться местами.

Для выравнивания с общей толщиной первого участка 20 и расположенного над ним диска 28 с отверстием пальцы 22, 23 и здесь выполнены с удвоенной, по сравнению с первым участком 20, толщиной, которая достигается посредством полосовидных накладок 30, 31 на пальцах 22, 23. Полоски 30, 31 могут быть нанесены на оба пальца 22, 23 (фиг.4а) сверху. Однако они могут быть нанесены, в соответствии с примером по фиг.5(а), на одном пальце 22 на верхней стороне, а на другом пальце 23 на нижней стороне, если один из пальцев (23) за счет s-образного изгиба 33, соответственно, смещается по высоте.

Установочные перемычки 14, 17, 24, 27, 32 дополнительно к опоре на болты могут быть соединены с сегментом 10 из листового металла посредством сварки, точечной сварки или штифтования.

Ротор для электродинамической машины, в частности для гидрогенератора, содержит корпус, который собран из множества расположенных в аксиальном направлении друг за другом сегментов (10) из листового металла, между сегментами (10) для образования охлаждающих каналов установлены установочные перемычки (14), которые для восприятия воздействующих на них центробежных сил поддерживаются болтами (12), проходящими в аксиальном направлении через корпус ротора листового металла. При этом, по меньшей мере, одна деталь указанных установочных перемычек собрана из множества, по меньшей мере, частично расположенных друг над другом отдельных деталей, причем каждая собранная установочная перемычка содержит верхнюю деталь и нижнюю деталь, при этом одна из обеих указанных деталей имеет расширенный первый участок с отверстием для вставки аксиальных болтов корпуса из листового металла, а также два узких вторых участка в форме радиальных пальцев, которые расположены на расстоянии друг от друга, а другая из обеих указанных деталей выполнена в виде диска с отверстием, при этом указанный диск с отверстием и указанный первый участок с выполненным в нем отверстием расположены друг над другом. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в обеспечении простыми средствами защиты указанных установочных перемычек от вредного воздействия центробежных сил в процессе работы электрической машины. 12 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Ротор для электродинамической машины, в частности, для гидрогенератора, содержащий корпус из листового металла, собранный из множества расположенных в аксиальном направлении друг за другом сегментов (10) из листового металла, причем между следующими в аксиальном направлении друг за другом сегментами (10) из листового металла для образования охлаждающих каналов установлены установочные перемычки (14, 17, 24, 27, 32), отличающийся тем, что установочные перемычки (14, 17, 24, 27, 32) для восприятия воздействующих на них центробежных сил поддерживаются болтами (12, 13), которые проходят в аксиальном направлении через корпус ротора из листового металла, причем, по меньшей мере, одна деталь указанных установочных перемычек собрана, соответственно, из множества, по меньшей мере, частично расположенных друг над другом, отдельных деталей (18, 19; 25, 26; 28, 29; 30, 31), при этом собранные установочные перемычки (27, 32) содержат, соответственно, верхнюю деталь (28) и нижнюю деталь (29), при этом одна из обеих деталей (29) имеет расширенный первый участок с отверстием (21) для вставки аксиальных болтов корпуса из листового металла, а также два узких вторых участка в форме радиальных пальцев (22, 23), которые расположены на расстоянии друг от друга, причем другая из обеих деталей (28) выполнена в виде диска с отверстием, при этом указанный диск с отверстием и первый участок (20) с выполненным в нем отверстием (21) расположены друг над другом.

2. Ротор по п.1, отличающийся тем, что установочные перемычки (14, 17, 24, 27, 32) расположены, в основном, в радиальном направлении.

3. Ротор по п.1 или 2, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна деталь (14) установочных перемычек (14, 17, 24, 27, 32) выполнена из одной заготовки и имеет постоянную толщину.

4. Ротор по п.3, отличающийся тем, что установочные перемычки (14) постоянной толщины вырезаны из металлического листа.

5. Ротор по п.1, отличающийся тем, что собранные из множества, по меньшей мере, частично расположенных друг над другом отдельных деталей (18, 19; 25, 26; 28, 29; 30, 31) установочные перемычки (17, 24, 27, 32) в зонах, в которых отдельные детали (18, 19; 25, 26; 28, 29; 30, 31) расположены друг над другом, имеют одинаковую толщину.

6. Ротор по п.3, отличающийся тем, что выполненные из одной заготовки установочные перемычки (14, 17, 24, 27, 32) содержат, соответственно, расширенный первый участок (15), в котором выполнено, по меньшей мере, одно отверстие (12) для вставки аксиальных болтов корпуса из листового металла, а также узкий второй участок в форме радиального пальца (16).

7. Ротор по п.1, отличающийся тем, что собранные установочные перемычки (17) содержат, соответственно, верхнюю деталь (18) и нижнюю деталь (19), которые имеют, соответственно, расширенный первый участок (20, 20') с отверстием (21) для вставки аксиальных болтов корпуса из листового металла, а также узкий второй участок в форме радиального пальца (22, 23), при этом обе детали (18, 19) с первым участком (20, 20') и с выполненным отверстием (21) расположены друг над другом, при этом пальцы расположены на расстоянии друг от друга.

8. Ротор по п.7, отличающийся тем, что пальцы (22, 23) для выравнивания с общей толщиной обоих, расположенных друг над другом, первых участков (20, 20') имеют удвоенную, по сравнению с первыми участками (20, 20'), толщину.

9. Ротор по п.8, отличающийся тем, что для удвоения толщины на пальцах (22, 23) установлены полосовидные накладки (25, 26).

10. Ротор по п.1, отличающийся тем, что для выравнивания с общей толщиной первого участка (20) и расположенного над ним диска (28) с отверстием пальцы (22, 23) имеют удвоенную, по сравнению с первым участком (20), толщину.

11. Ротор по п.10, отличающийся тем, что для удвоения толщины на пальцах (22,23) расположены полосовидные накладки (30, 31).

12. Ротор по п.1 или 2, отличающийся тем, что по наружному периметру сегментов (10) из листового металла расположены радиальные желобообразные вырезы (11), которые образуют в корпусе из листового металла пазы для обмотки и при этом установочные перемычки (14, 17, 24, 27, 32) в радиальном направлении проходят между желобообразными вырезами.

13. Ротор по п.1 или 2, отличающийся тем, что установочные перемычки (14, 17, 24, 27, 32) дополнительно к опоре на болты соединены с сегментом (10) из листового металла посредством сварки, точечной сварки или штифтования.