РОТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 2018 года по МПК H02K1/00 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Объект изобретения, раскрываемый в настоящем документе, относится к электрическим машинам. Точнее говоря, изобретение относится к клиньям ротора для электрических машин.

[0002] Электрические машины, такие как генераторы, обычно содержат роторный узел, снабженный множеством обмоток возбуждения или обмоток. Ротор, по меньшей мере, частично, окружен статором, содержащим множество обмоток статора. Ротор вращается вокруг оси ротора с помощью, например, турбины, соединенной с валом ротора. Во время вращения ротор создает ток в обмотках статора.

[0003] Вследствие высоких центробежных сил, действующих на обмотки возбуждения во время работы генератора, клинья ротора используются для фиксации и поддержки обмоток возбуждения на роторе. Клинья ротора, в свою очередь, как правило, фиксируются и поддерживаются сердечником ротора, часто сформированным из пакета пластин, что ведет к высоким уровням напряжений в пластинах. Высокие уровни напряжений в опоре клиньев ротора, как правило, обуславливают выбор материала пластин и геометрическую конфигурацию, что приводит к снижению магнитных характеристик ротора. Кроме того, типичный клин вызывает высокие уровни потерь на вихревые токи в роторе и снижает общую эффективность генератора.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

[0004] В соответствии с одним вариантом осуществления клин для ротора электрической машины включает в себя проходящую в окружном направлении наружную поверхность, задающую радиальную протяженность клина, проходящую от первого осевого торца клина до второго осевого торца клина. Множество проходящих в окружном направлении пазов проходит внутрь в радиальном направлении от проходящей в окружном направлении наружной поверхности на глубину паза. Множество пазов разнесено в осевом направлении вдоль длины клина между первым осевым торцом и вторым осевым торцом. Зазор между пазами в осевом направлении больше, чем ширина каждого паза в осевом направлении. Промежуточная поверхность между смежными пазами имеет такое же положение в радиальном направлении, как первая торцевая поверхность между первым осевым торцом и первым пазом, ближайшим к первому осевому торцу. Две плоские боковые поверхности ограничивают в окружном направлении проходящую в окружном направлении наружную поверхность и проходят внутрь в радиальном направлении от проходящей в окружном направлении наружной поверхности.

[0005] В соответствии с другим вариантом осуществления роторный узел для генератора содержит множество обмоток возбуждения и сердечник ротора, центрированный вокруг оси ротора и поддерживающий множество обмоток возбуждения. Роторный узел, кроме того, содержит множество клиньев ротора. Каждый клин ротора смонтирован на сердечнике ротора и примыкает к обмотке возбуждения из множества обмоток возбуждения, чтобы поддерживать и фиксировать обмотку возбуждения на сердечнике ротора. Каждый клин ротора включает в себя проходящую в окружном направлении наружную поверхность, задающую радиальную протяженность клина, проходящего от первого осевого торца клина до второго осевого торца клина. Множество проходящих в окружном направлении пазов проходит внутрь в радиальном направлении от проходящей в окружном направлении наружной поверхности на глубину паза. Множество пазов разнесено в осевом направлении вдоль длины клина между первым осевым торцом и вторым осевым торцом. Зазор между пазами в осевом направлении больше, чем ширина каждого паза в осевом направлении. Промежуточная поверхность между смежными пазами имеет такое же положение в радиальном направлении, как первая торцевая поверхность между первым осевым торцом и первым пазом, ближайшим к первому осевому торцу. Две плоские боковые поверхности ограничивают в окружном направлении проходящую в окружном направлении наружную поверхность и проходят внутрь в радиальном направлении от проходящей в окружном направлении наружной поверхности.

[0006] Эти и другие преимущества и признаки будут более очевидны из следующего описания в сочетании с чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0007] Объект изобретения особенно подчеркнут и четко заявлен в пунктах формулы при выводе описания изобретения. Вышеизложенные и другие признаки и преимущества изобретения очевидны из следующего подробного описания в сочетании с прилагаемыми чертежами, в которых:

[0008] На фиг.1 приведен поперечный разрез варианта осуществления электрической машины;

[0009] На фиг.2 приведен поперечный разрез варианта осуществления ротора для электрической машины;

[0010] На фиг.3 представлен вид в перспективе одного из вариантов осуществления клина ротора;

[ООП] На фиг.4 приведен поперечный разрез варианта осуществления клина ротора электрической машины и

[0012] На фиг.5 приведен другой поперечный разрез варианта осуществления клина ротора.

[0013] Подробное описание поясняет варианты осуществления изобретения вместе с преимуществами и признаками, в качестве примера со ссылками на чертежи.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0014] На фиг.1 показан вариант осуществления электрической машины, в данном случае - генератора 10. В некоторых вариантах осуществления генератор 10 представляет собой четырехполюсный роторный генератор, рассчитанный на 120 кВА. Генератор 10 содержит ротор 12, расположенный на оси 14 ротора и вращающийся вокруг нее. Статор 16 расположен снаружи в радиальном направлении от ротора 12 и, по меньшей мере, частично окружает ротор 12, образуя воздушный зазор 18 между ротором 12 и статором 16. Статор 16 включает множество обмоток 20 статора, расположенных на сердечнике 22 статора. Обмотки 20 статора взаимодействуют с множеством обмоток 24 возбуждения, расположенных на роторе 12, так что, когда ротор 12 вращается вокруг оси 14 ротора, в обмотках 20 статора вырабатывается электрический ток.

[0015] Со ссылками на фиг.2 показан поперечный разрез варианта осуществления ротора 12. Ротор 12 включает в себя сердечник 26 ротора, в некоторых вариантах осуществления выполненный из множества пластин 28 ротора, уложенных вдоль оси 14 ротора. Обмотки 24 возбуждения расположены в отверстиях 30 обмоток возбуждения в сердечнике 26 ротора, с клиньями 32, расположенными рядом с обмотками 24 возбуждения для установки на место и поддержки обмоток 24 возбуждения. Клин 32 имеет наружную поверхность 34 клина, имеющую, по существу, такое же положение в радиальном направлении, как наружная поверхность 36 сердечника 26 ротора. Боковые поверхности 38 клина 32 проходят внутрь от наружной поверхности 34 клина и являются, главным образом, плоскими. Боковые поверхности 38 ориентированы так, чтобы сходиться по мере уменьшения расстояния в радиальном направлении от оси 14 ротора. Боковые поверхности 38 граничат с обмотками 24 возбуждения. Клинья 32 и, таким образом, обмотки 24 возбуждения, удерживаются в сердечнике 26 ротора с помощью кожуха 40 ротора, окружающего сердечник 26 ротора и клинья 32. При использовании кожуха 40 ротора для удерживания в радиальном направлении клиньев 32, вместо использования сердечника 26 ротора для этой цели, конфигурация сердечника 26 ротора не ограничивается необходимостью фиксации клиньев 32, как в типичной конфигурации ротора.

[0016] Со ссылками на фиг.3 вариант осуществления клина 32 показан более подробно. В некоторых вариантах осуществления клин 32 выполнен из металла, такого как алюминий или алюминиевый сплав. Клин 32 включает в себя первый торец 42 и второй торец 44. Наружная поверхность 34 клина проходит в осевом направлении от первого торца 42 до второго торца 44. Множество пазов 46 расположено в наружной поверхности 34 клина. Пазы 46 проходят, по существу, в окружном направлении и разнесены в осевом направлении друг от друга. Пазы 46 используются, чтобы уменьшить потери на вихревые токи и чтобы улучшить эффективность генератора 10. Со ссылками на фиг.4, пазы 46 имеют ширину 48 паза и имеют промежутки 50 между смежными пазами 46. В некоторых вариантах осуществления ширина паза составляет 0,060 дюйма, и промежутки между пазами составляют 0,091 дюйма. Отношение ширины 48 паза к зазору 50 между пазами находится между 0,6 и 0,7. В некоторых вариантах осуществления первое расстояние 52 паза от первого торца 42 до первого паза 46а, ближайшего к первому торцу 42, составляет 0,575 дюйма, тогда как второе расстояние 54 паза от второго торца 44 до последнего паза 46n, ближайшего ко второму торцу 44, не равно первому расстоянию 52 паза, или около 0,496 дюйма в клине 32, имеющем длину 56 клина около 6,48 дюйма. В некоторых вариантах осуществления отношение второго расстояния 54 паза к первому расстоянию 52 паза не превышает 0,87. Глубина паза 46 может быть определена расстоянием 58 в радиальном направлении дна 60 паза от оси 14 ротора. В некоторых вариантах осуществления расстояние 58 в радиальном направлении составляет 2,560 дюйма в роторе 12 с наружной поверхностью 34 клина, имеющей радиус около 2,640 дюйма. В других вариантах осуществления глубина паза, определяемая, как расстояние дна 60 паза от наружной поверхности клина, составляет 0,080 дюйма. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления отношение глубины к радиусу 34 наружной поверхности клина находится между 0,02 и 0,04. В некоторых вариантах осуществления отношение расстояния 58 в радиальном направлении к радиусу 34 наружной поверхности клина находится между 0,95 и 0,97. Промежуточная поверхность 70 между последовательными канавками 46 имеет такое же положение в радиальном направлении, как первая торцевая поверхность 72, проходящая от первого торца 42 до первого паза 46а, и такое же положение в радиальном направлении, как вторая торцевая поверхность 74, проходящая от второго торца 44 до последнего паза 46n.

[0017] Как показано на фиг.5, клин 32, как правило, имеет треугольную форму, и центрирован вокруг точки 60 построения, совпадающей с осью 14 ротора. Положение каждой боковой поверхности 38 определяется от горизонтальной оси через точку 60 построения. Угол 62 клина определяется от горизонтальной оси, с боковой поверхностью 38, установленной параллельно углу 62 клина на расстоянии 64 клина от нее. В некоторых вариантах осуществления угол 62 клина составляет 45 градусов, а расстояние 64 клина составляет 1,325 дюйма. В некоторых вариантах осуществления отношение расстояния 64 клина к радиусу 34 наружной поверхности клина находится между 0,45 и 0,55. Основание 66 клина усечено на расстоянии 68 основания от точки 60 построения, оно в некоторых вариантах осуществления составляет 1,98 дюйма. Отношение расстояния 68 основания к радиусу 34 наружной поверхности клина находится между 0,7 и 0,8.

[0018] Хотя изобретение подробно раскрыто в деталях в связи только с ограниченным количеством вариантов осуществления, должно быть понятно, что изобретение не ограничивается только раскрытыми вариантами осуществления. Напротив, изобретение можно изменять, чтобы включать любое количество вариантов, изменений, замен или эквивалентных устройств, не описанных ранее, но соответствующих сущности и объему изобретения. Кроме того, хотя раскрыты различные варианты осуществления изобретения, должно быть понятно, что аспекты настоящего изобретения могут включать в себя только некоторые из раскрытых вариантов осуществления. Соответственно, изобретение не следует рассматривать как ограниченное предыдущим описанием, но как ограниченное объемом прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение относится к электрическим машинам. Клин для ротора электрической машины включает в себя проходящую в окружном направлении наружную поверхность, задающую радиальную протяженность клина, проходящую от первого осевого торца клина до второго осевого торца клина. Множество проходящих в окружном направлении пазов проходит внутрь в радиальном направлении от проходящей в окружном направлении наружной поверхности на глубину паза. Пазы разнесены в осевом направлении вдоль длины клина между первым осевым торцом и вторым осевым торцом. Зазор в осевом направлении между пазами больше, чем ширина в осевом направлении каждого паза. Промежуточная поверхность между смежными пазами имеет такое же положение в радиальном направлении, как первая торцевая поверхность между первым осевым торцом и первым пазом, ближайшим к первому осевому торцу. Две плоские боковые поверхности ограничивают в окружном направлении проходящую в окружном направлении наружную поверхность и проходят внутрь в радиальном направлении от проходящей в окружном направлении наружной поверхности. Техническим результатом является снижение уровня потерь на вихревые токи. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Клин для ротора электрической машины, содержащий проходящую в окружном направлении наружную поверхность, задающую радиальную протяженность клина, проходящего от первого осевого торца клина до второго осевого торца клина; множество проходящих в окружном направлении пазов, проходящих внутрь в радиальном направлении от проходящей в окружном направлении наружной поверхности на глубину паза и разнесенных в осевом направлении вдоль длины клина между первым осевым торцом и вторым осевым торцом, причем зазор в осевом направлении между пазами больше, чем ширина каждого паза в осевом направлении, а промежуточная поверхность между смежными пазами имеет такое же положение в радиальном направлении, как первая торцевая поверхность между первым осевым торцом и первым пазом, ближайшим к первому осевому торцу, а указанный клин дополнительно содержит две плоские боковые поверхности, ограничивающие в окружном направлении проходящую в окружном направлении наружную поверхность и проходящие от нее внутрь в радиальном направлении.

2. Клин по п.1, в котором отношение ширины клина в осевом направлении к зазору между клиньями в осевом направлении находится между 0,6 и 0,7.

3. Клин по п.1, кроме того, включающий проходящую в окружном направлении внутреннюю поверхность, проходящую между двумя боковыми поверхностями и задающую протяженность клина внутрь в радиальном направлении.

4. Клин по п.3, в котором проходящая в окружном направлении наружная поверхность является плоской.

5. Клин по п.3, в котором отношение наружного радиуса кривизны проходящей в окружном направлении наружной поверхности к расстоянию по нормали от центра кривизны клина до проходящей в окружном направлении внутренней поверхности находится между 0,7 и 0,8.

6. Клин по любому из пп.1-5, кроме того, включающий вторую торцевую поверхность, проходящую от второго осевого торца до последнего паза, ближайшего ко второму осевому торцу, и имеющую такое же положение в радиальном направлении, как указанное промежуточное положение.

7. Роторный узел для генератора, включающий: множество обмоток возбуждения; сердечник ротора, центрированный вокруг оси ротора и поддерживающий указанное множество обмоток возбуждения; множество клиньев ротора, каждый из которых смонтирован в сердечнике ротора и примыкает к обмотке возбуждения из указанного множества обмоток возбуждения с обеспечением поддержки и фиксации обмотки возбуждения на сердечнике ротора, причем каждый клин ротора включает: проходящую в окружном направлении наружную поверхность, задающую радиальную протяженность клина, проходящего от первого осевого торца клина до второго осевого торца клина; множество проходящих в окружном направлении пазов, проходящих внутрь в радиальном направлении от проходящей в окружном направлении наружной поверхности на глубину паза и разнесенных в осевом направлении вдоль длины клина между первым осевым торцом и вторым осевым торцом, причем зазор в осевом направлении между пазами больше, чем ширина каждого паза в осевом направлении, а промежуточная поверхность между смежными пазами имеет такое же положение в радиальном направлении, как первая торцевая поверхность между первым осевым торцом и первым пазом, ближайшим к первому осевому торцу, а указанный каждый клин дополнительно содержит две плоские боковые поверхности, ограничивающие в окружном направлении проходящую в окружном направлении наружную поверхность и проходящие от нее внутрь в радиальном направлении.

8. Узел по п.7, в котором отношение ширины клина в осевом направлении к зазору между клиньями в осевом направлении находится между 0,6 и 0,7.

9. Узел по п.7, в котором клин, кроме того, включает проходящую в окружном направлении внутреннюю поверхность, проходящую между двумя боковыми поверхностями и задающую протяженность клина внутрь в радиальном направлении.

10. Узел по п.9, в котором проходящая в окружном направлении внутренняя поверхность является плоской.

11. Узел по п.9, в котором отношение наружного радиуса кривизны проходящей в окружном направлении наружной поверхности к расстоянию по нормали от оси ротора до проходящей в окружном направлении внутренней поверхности находится между 0,7 и 0,8.

12. Узел по любому из пп.7-11, в котором клин, кроме того, включает вторую торцевую поверхность, проходящую от второго осевого торца до последнего паза, ближайшего ко второму осевому торцу, и имеющую такое же радиальное положение, как указанное промежуточное положение.

13. Узел по п.12, в котором отношение длины первой торцевой поверхности к длине второй торцевой поверхности не превышает 0,87.

14. Узел по любому из пп.7-11, в котором сердечник ротора содержит множество пластин ротора, уложенных вдоль оси ротора.

15. Узел по любому из пп.7-11, кроме того, содержащий кожух ротора, окружающий сердечник ротора и указанное множество клиньев ротора с обеспечением фиксации клиньев ротора в сердечнике ротора.