РОТОР ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ МАШИНЫ Российский патент 2019 года по МПК H02K1/24 H02K1/28 

Изобретение относится к ротору для электрической вращающейся машины, в частности синхронной машины, с валом и, по меньшей мере, одним полюсным башмаком, причем вал имеет первую контактную поверхность, и причем, по меньшей мере, один полюсный башмак имеет вторую контактную поверхность.

Далее изобретение относится к электрической вращающейся машине, в частности к синхронной машине, с подобным ротором.

Кроме того, изобретение относится к способу изготовления подобного ротора для электрической вращающейся машины, в частности синхронной машины.

Подобный ротор используется в частности в прямо-запускаемых синхронных явнополюсных машинах с надетыми полюсными башмаками. Надетые полюсные башмаки имеют место по существу в приводах большой мощности, по меньшей мере, в 1 МВт. Между полюсным башмаком и валом, на который надет полюсный башмак, образуется разъемный стык. При асинхронном запуске синхронной явнополюсной машины вихревые токи индуцируются в надетых полюсных башмаках, причем в частности поверхность полюсных башмаков сильно нагревается вихревыми токами. В ходе нагрева полюсные башмаки расширяются. Возникающее вследствие этого поперечное усилие в разъемном стыке удерживается в основном фрикционным замыканием. Если трение сцепления преодолевается, доходит до индуцированного теплом относительного смещения в разъемном стыке между полюсным башмаком и валом. Подобное относительное смещение происходит в большинстве случаев скачкообразно и произвольно. Связанные с ним перемещения массы отрицательно сказываются на состоянии кинетической энергии ротора и тем самым на характере колебаний.

Полюсные башмаки соединяются с валом предпочтительно винтами. Трение сцепления в разъемном стыке между полюсным башмаком и валом определяется вследствие этого усилиями предварительного натяжения и коэффициентами трения. В частности на коэффициенты трения можно оказывать влияние целенаправленным изменением свойств материала и свойств поверхности пары трения.

Из патентного описания US 9,077,223 B2 известна электрическая вращающаяся машина с явнополюсным ротором, который имеет тела полюсов и полюсные башмаки. Тела полюсов выполнены за одно целое с валом. Каждый полюсный башмак неподвижно соединен множеством винтов с соответствующим телом полюса. Если полюсный башмак закрепляется на соответствующем теле полюса при помощи винтов, возникает в области поверхности давления конусообразная область давления.

Каждый полюсный башмак или его соответствующее тело полюса имеют, по меньшей мере, один выступ или выемку, для того чтобы ограничивать конусообразную область давления в области поверхности давления.

Из выложенной заявки DE 44 15 224 A1 известна электрическая машина с явнополюсным ротором с несколькими полюсами, у которой для каждого полюса предусмотрено соединенное за одно целое с ярмом тело полюса с окружающей его обмоткой возбуждения и закрепленной на конце тела полюса при помощи винтов системой полюсного башмака. При этом должно эффективнее выполняться восприятие возникающих при вращении явнополюсного ротора и действующих на систему полюсного башмака и обмотку возбуждения центробежных сил. С этой целью система полюсного башмака включает в себя навинченную на тело полюса опорную пластину и свинченный исключительно с опорной пластиной полюсный башмак. Возникающие благодаря обмотке возбуждения центробежные силы воспринимаются таким образом опорной пластиной.

Выложенная заявка US 2014/0333174 A1 описывает электрическую вращающуюся машину с явнополюсным ротором, который имеет тела полюсов. Тела полюсов выполнены за одно целое с валом. Полюсные башмаки образуют полюсные наконечники. Каждый полюсный башмак неподвижно соединен множеством винтов с соответствующим телом полюса. Каждый полюсный башмак или его соответствующее тело полюса имеют, по меньшей мере, один выступ или выемку, для того чтобы ограничивать конусообразную область давления в области давления. Конусообразная область давления возникает в области давления, если полюсный башмак соединен винтами с соответствующим телом полюса.

Выложенная заявка US 3,089,049 A описывает явнополюсный ротор с телами полюсов и полюсными башмаками, причем тела полюсов разъемно соединены с полюсными башмаками посредством единой конструкции.

Выложенная заявка EP 2 876 783 A1 описывает явнополюсный ротор, по меньшей мере, с двумя указывающими в радиальном направлении наружу телами полюсов с в каждом случае одним полюсным башмаком, причем полюсный башмак в окружном направлении шире, чем соответствующее тело полюса. Каждый полюсный башмак имеет указывающее в радиальном направлении вовнутрь, сужающееся ребро, причем соответствующее тело полюса имеет на своей радиальной наружной поверхности суживающийся в радиальном направлении вовнутрь и ответный соответствующему ребру паз, причем соответствующий полюсный башмак и соответствующее тело полюса соединены друг с другом разъемно механически.

В основе изобретения лежит задача предоставить ротор для электрической вращающейся машины, который по сравнению с уровнем техники имеет более высокую надежность и при этом может просто и экономично изготавливаться.

Эта задача решается согласно изобретению с помощью ротора для электрической вращающейся машины, в частности синхронной машины, с валом и, по меньшей мере, одним полюсным башмаком, причем вал имеет первую контактную поверхность, причем, по меньшей мере, один полюсный башмак имеет вторую контактную поверхность, причем первая контактная поверхность имеет первое профилирование, а вторая контактная поверхность имеет ответное первому профилированию второе профилирование, причем первое профилирование первой контактной поверхности прилегает с геометрическим замыканием к ответному второму профилированию второй контактной поверхности, причем благодаря профилированиям имеется в наличии, по меньшей мере, в осевом направлении изменение высоты соответствующих контактных поверхностей, причем соответствующее профилирование имеет зубчатые рейки и/или пазы зубчатой рейки, или причем соответствующее профилирование имеет усеченные пирамиды и/или пазы усеченной пирамиды.

Далее задача решается с помощью электрической вращающейся машины, в частности синхронной машины, с подобным ротором.

Сверх этого, задача решается с помощью способа изготовления подобного ротора для электрической вращающейся машины, в частности синхронной машины.

Указанные в дальнейшем в отношении ротора преимущества и предпочтительные варианты осуществления можно по смыслу переносить на электрическую вращающуюся машину и на способ изготовления.

Подобное профилирование (профилирование называется далее также профилированием свободной формы) имеет в частности по отношению к базовой плоскости возвышения и углубления. Ответное первому профилированию второе профилирование соответствует подходящему к первому профилированию ответному элементу. Посредством контактирования обоих подходящих друг к другу профилирований возникает, например, зубчатое зацепление между контактными поверхностями. Подобное профилирование свободной формы предоставляет то преимущество, что соединение между полюсным башмаком и валом может свободно выбираться в отношении размеров. Благодаря обоим подходящим друг к другу профилированиям достигается в частности передача усилия с геометрическим замыканием, по меньшей мере, в направлении поперечного усилия. Благодаря подобному соединению с геометрическим замыканием предотвращается индуцированное теплом относительное смещение между полюсным башмаком и валом. Ввиду этого достигается более устойчивый характер колебаний, что приводит к улучшенной надежности, в частности при эксплуатации с асинхронным запуском, ротора. Сверх этого, профилирование свободной формы не требует дополнительных соединительных элементов. Следовательно, ротор можно просто и экономично изготавливать.

Благодаря профилированиям имеется в наличии, по меньшей мере, в осевом направлении изменение высоты соответствующих контактных поверхностей. Изменение высоты находится в частности в миллиметровом диапазоне до сантиметрового диапазона. Благодаря подобному изменению высоты, по меньшей мере, в осевом направлении, достигается передача усилия с геометрическим замыканием в осевом направлении, вследствие чего, в частности при эксплуатации с асинхронным запуском, предотвращается индуцированное теплом относительное смещение между полюсным башмаком и валом, по меньшей мере, в осевом направлении.

Соответствующее профилирование имеет зубчатые рейки и/или пазы зубчатой рейки, или же усеченные пирамиды и/или пазы усеченной пирамиды.

Зубчатой рейкой является в частности возвышение с двумя наклонными боковыми поверхностями и расположенной между обеими наклонными боковыми поверхностями плоской поверхностью зуба. Пазом зубчатой рейки является противоположный ответный элемент для зубчатой рейки. Профилирование с зубчатыми рейками и пазами зубчатой рейки зарекомендовало себя как наиболее надежное.

Усеченной пирамидой является в частности возвышение с четырьмя наклонными боковыми поверхностями и расположенной между четырьмя наклонными боковыми поверхностями плоской поверхностью усеченной пирамиды. Пазом усеченной пирамиды является противоположный ответный элемент для усеченной пирамиды. Благодаря подобному профилированию осуществляется передача поперечного усилия с геометрическим замыканием в осевом направлении и в тангенциальном направлении.

В предпочтительном варианте осуществления профилирования распространяются по существу по всей осевой длине соответствующей контактной поверхности. Между первой контактной поверхностью вала и второй контактной поверхностью полюсного башмака, который прилегает к валу, расположен разъемный стык. Передача усилия может осуществляться, по меньшей мере, в осевом направлении, по плоскости по существу по всему разъемному стыку. Благодаря подобному плоскостному профилированию передача усилия с геометрическим замыканием оптимизируется.

Предпочтительно профилирования имеют наклонные боковые поверхности, причем первая контактная поверхность контактирует со второй контактной поверхностью в области наклонных боковых поверхностей. Благодаря наклонным боковым поверхностям контактирование профилирований, например посредством зубчатого зацепления, осуществляется без зазора, без того чтобы требовался сложный процесс стыковки, такой как заклинивание, прессование или совместная обработка конструктивных элементов. Благодаря профилированиям с наклонными боковыми поверхностями достигается беззазорная передача усилия при незначительной трудоемкости изготовления.

В дальнейшем предпочтительном варианте осуществления наклонные боковые поверхности первого профилирования проходят по существу параллельно к наклонным боковым поверхностям второго профилирования, и первая контактная поверхность прилегает по плоскости в области наклонных боковых поверхностей ко второй контактной поверхности. Таким образом, площадь прилегания между первой контактной поверхностью и второй контактной поверхностью максимизируется.

В предпочтительном варианте осуществления между первой контактной поверхностью и второй контактной поверхностью выполнены местами пустые пространства. При асинхронном запуске в частности полюсные башмаки нагреваются и расширяются благодаря теплу. Вследствие этого материал может расширяться в пустые пространства, и геометрическое замыкание обеспечено даже при высоких температурах.

Предпочтительно соответствующее профилирование выполнено, по меньшей мере, в осевом направлении по существу избыточным. Возвышения и углубления выполненного избыточным профилирования имеют в частности одинаковую форму, одинаковые размеры и/или одинаковый промежуток между собой. Это приводит к равномерной передаче поперечного усилия на поверхности. Сверх этого, выполненное избыточным профилирование может просто и экономично изготавливаться.

Целесообразно, по меньшей мере, части первой контактной поверхности и/или второй контактной поверхности имеют шероховатость поверхности более 25 мкм. Подобная шероховатость поверхности может достигаться, например, посредством струйной обработки. Благодаря повышению шероховатости поверхности повышается коэффициент трения сцепления между контактными поверхностями, вследствие чего дополнительно затрудняется относительное смещение.

Целесообразно зубчатые рейки имеют в поперечном сечении по существу форму, в частности равносторонней, трапеции. Как показывает опыт, подобное профилирование оказалось наиболее предпочтительным.

Далее изобретение описывается и разъясняется более подробно при помощи изображенных на чертеже примеров осуществления.

На чертеже показаны:

фиг. 1 - поперечное сечение электрической вращающейся машины;

фиг. 2 - изображение в перспективе первого варианта осуществления ротора;

фиг. 3 - увеличенный вид сбоку ротора в области полюсного башмака с первым вариантом осуществления профилирования;

фиг. 4 - увеличенное продольное сечение ротора в области полюсного башмака согласно фиг. 3;

фиг. 5 - увеличенное продольное сечение ротора в области полюсного башмака со вторым вариантом осуществления профилирования;

фиг. 6 - увеличенное продольное сечение ротора в области полюсного башмака с третьим вариантом осуществления профилирования;

фиг. 7 - увеличенное продольное сечение ротора в области полюсного башмака с четвертым вариантом осуществления профилирования;

фиг. 8 - увеличенное продольное сечение ротора в области полюсного башмака с пятым вариантом осуществления профилирования;

фиг. 9 - увеличенное продольное сечение ротора в области полюсного башмака с шестым вариантом осуществления профилирования;

фиг. 10 - увеличенное изображение в перспективе ротора в области полюсного башмака с седьмым вариантом осуществления профилирования; и

фиг. 11 - продольный разрез ротора с соединительными элементами.

Одинаковые ссылочные позиции имеют на различных фигурах одинаковое значение.

Фиг. 1 показывает поперечное сечение электрической вращающейся машины 1. Электрическая вращающаяся машина 1 выполнена в виде прямо-запускаемой синхронной машины 27 и имеет вращающийся вокруг оси 4 вращения ротор 3 и окружающий ротор 3 статор 2, причем между ротором 3 и статором 2 находится воздушный зазор 6. Синхронная машина 27 может эксплуатироваться с мощностью, по меньшей мере, в 1 МВт. Секции обмотки статора 2 и ротора 3 не изображены по причинам наглядности.

Ротор 3 прямо-запускаемой синхронной машины 27 имеет вал 5, например, с четырьмя расположенными ортогонально явновыраженными полюсами 5a, причем явновыраженные полюсы 5a снабжены полюсными башмаками 7. Вал 5 и полюсные башмаки 7 состоят из выполненной в виде сплошного материала магнитномягкой стали, в частности из термически улучшенной стали. Полюсные башмаки 7 привинчиваются при помощи выполненных в виде винтов соединительных элементов 19 (см. фиг. 11) к валу 5. Винты 19 не изображены на фиг. 1 по причинам наглядности.

Каждый явновыраженный полюс 5a вала 5 имеет первую контактную поверхность 8, а каждый полюсный башмак 7 имеет вторую контактную поверхность 9. Вал 5 контактирует через первую контактную поверхность 8 со второй контактной поверхностью 9 полюсных башмаков 7. Первая контактная поверхность 8 имеет первое профилирование 28, а вторая контактная поверхность 9 имеет ответное первому профилированию 28 второе профилирование 29 (профилирование называется в дальнейшем также профилированием свободной формы). Первая контактная поверхность 8 контактирует со второй контактной поверхностью 9 через первое профилирование 28 и ответное второе профилирование 29 таким образом, что имеет место соединение с геометрическим замыканием между первой контактной поверхностью 8 и второй контактной поверхностью 9. При этом изменение высоты профилирований 28, 29 в каждом случае находится в миллиметровом диапазоне до сантиметрового диапазона.

Благодаря обоим подходящим друг к другу профилированиям 28, 29 свободной формы достигается передача усилия с геометрическим замыканием в направлении поперечного усилия. Благодаря подобному соединению с геометрическим замыканием предотвращается индуцированное теплом относительное смещение между полюсным башмаком 7 и валом 5, которое в частности при асинхронном запуске вызывается индуцированными в полюсном башмаке 7 вихревыми токами. Профилирования 28, 29 свободной формы могут использоваться в качестве замены или дополнения к передаче усилия с фрикционным замыканием. Для подобной передачи усилия с фрикционным замыканием, по меньшей мере, части первой контактной поверхности 8 и/или второй контактной поверхности 9 имеют шероховатость поверхности более 25 мкм. Подобная шероховатость поверхности может достигаться, например, посредством струйной обработки.

Различные варианты осуществления профилирований 28, 29 контактных поверхностей 8, 9 вала 5 и полюсного башмака 7 подобного ротора 3 изображены на последующих фигурах и описываются и разъясняются в дальнейшем более подробно.

Фиг. 2 показывает изображение в перспективе первого варианта осуществления ротора 3. Ротор 3 может вращаться вокруг оси 4 вращения, причем ось 4 вращения задает осевое направление A, радиальное направление R и тангенциальное направление T. Ротор 3 имеет сторону AS привода и сторону BS, противоположную приводу. Как показано на фиг. 1, первая контактная поверхность 8 вала 5 находится в соединении с геометрическим замыканием со второй контактной поверхностью 9 полюсных башмаков 7 через первое профилирование 28 и ответное второе профилирование 29.

Профилирования 28, 29, которые выполнены посредством изменения высоты соответствующих контактных поверхностей 8, 9, распространяются по всей осевой длине контактных поверхностей 8, 9 и выполнены избыточными. Под избыточным исполнением здесь следует понимать то, что возвышения и углубления профилирований 28, 29 имеют одинаковую форму, одинаковую высоту, ширину и одинаковый интервал между собой. Дальнейшее исполнение ротора 3 соответствует исполнению с фиг. 1.

Фиг. 3 показывает увеличенный вид сбоку ротора 3 в области полюсного башмака 7 с первым вариантом осуществления профилирования 28, 29. Профилирования 28, 29 распространяются по всей осевой длине контактных поверхностей 8, 9 и выполнены посредством зубчатых реек 20 и ответных зубчатым рейкам 20 пазов 21 зубчатой рейки, причем зубчатые рейки 20 и пазы 21 зубчатой рейки проходят в тангенциальном направлении T. Зубчатые рейки 20 находятся в качестве примера на первой контактной поверхности 8 вала 5, а ответные пазы 21 зубчатой рейки находятся на второй контактной поверхности 9 полюсного башмака 7.

Говоря о зубчатых рейках 20, речь идет о возвышениях 10 относительно первой базовой плоскости 24 второй контактной поверхности 9 с трапецеидальным поперечным сечением, которые выполнены в частности одинаковыми и расположены предпочтительно с одинаковыми интервалами в осевом направлении A на первой контактной поверхности 8. Говоря о пазах 21 зубчатой рейки, речь идет об углублениях 11 относительно второй базовой плоскости 25 первой контактной поверхности 8, которые, подходя к зубчатым рейкам 20, расположены на второй контактной поверхности 9. Зубчатые рейки 20 имеют, по отношению к соответствующей базовой плоскости 24, 25, постоянную высоту, а пазы 21 зубчатой рейки имеют постоянную глубину в тангенциальном направлении T. Выбор размеров зубчатых реек 20 и ответных им пазов 21 зубчатой рейки, а также их осевые интервалы зависят от нагрузки поперечным усилием и следующего из этого давления на поверхности. Высота зубчатых реек 20 и глубина пазов 21 зубчатой рейки находятся в каждом случае, по отношению к их базовой плоскости 24, 25, в миллиметровом диапазоне до сантиметрового диапазона. Остальное исполнение ротора 3 соответствует исполнению с фиг. 2.

Фиг. 4 показывает увеличенное продольное сечение ротора 3 в области полюсного башмака 7 согласно фиг. 3. Описанные на фиг. 3 зубчатые рейки 20 и пазы 21 зубчатой рейки изображены на фиг. 4 более подробно, причем зубчатые рейки 20 находятся в качестве примера на второй контактной поверхности 9 полюсного башмака 7, а ответные пазы 21 зубчатой рейки находятся на первой контактной поверхности 8 вала 5. Зубчатые рейки 20 имеют поперечное сечение, которое соответствует равносторонней трапеции, причем каждая зубчатая рейка 20 имеет две боковые поверхности 14 и расположенную между обеими боковыми поверхностями 14 поверхность 12 зуба. Ответные пазы 21 зубчатой рейки образуют, по отношению к первой базовой плоскости 24, углубления 11, поперечное сечение которых также соответствует равносторонней трапеции. Каждый паз 21 зубчатой рейки имеет две боковые поверхности 14 и расположенную между обеими боковыми поверхностями 14 поверхность 13 паза.

Наклонные боковые поверхности 14 зубчатых реек 20 проходят параллельно к наклонным боковым поверхностям 14 соответствующих пазов 21 зубчатой рейки, причем первая контактная поверхность 8 прилегает в области наклонных боковых поверхностей 14 ко второй контактной поверхности 9 по существу по плоскости.

Боковые поверхности 14 зубчатых реек 20 и пазов 21 зубчатой рейки заключают в каждом случае первый угол 17 и второй угол 18. Для того чтобы предотвращать относительные смещения между полюсным башмаком 7 и валом 5, контактирование между профилированиями 28, 29 выполняется без зазора. В связи с этим предпочтительно, если углы 17, 18 находятся в диапазоне от 10° до 50°. При расположенных перпендикулярно к направлению поперечного усилия боковых поверхностях 14 требуется более сложный процесс стыковки, для того чтобы обеспечивать отсутствие зазора. Если площадь поперечного сечения зубчатых реек 20 и пазов 21 зубчатой рейки соответствует равносторонней трапеции, то первый угол 17 равен второму углу 18. При равновеликих углах передача поперечного усилия с геометрическим замыканием в направлении стороны AS привода и в направлении стороны BS, противоположной приводу, происходит идентично.

Между первой контактной поверхностью 8 и второй контактной поверхностью 9 находятся в области поверхностей 12 зуба и поверхностей 13 паза пустые пространства 15. Использованная магнитномягкая сталь может расширяться в пустые пространства 15, если при асинхронном запуске в частности полюсные башмаки 7 нагреваются и вследствие этого расширяются. Остальное исполнение ротора 3 соответствует исполнению с фиг. 2 и фиг. 3.

Фиг. 5 показывает увеличенное продольное сечение ротора 3 в области полюсного башмака 7 со вторым вариантом осуществления профилирования 28, 29. По сравнению с фиг. 4 углубления 11 выполнены округлыми, вследствие чего образовано большее по сравнению с фиг. 4 пустое пространство 15 между контактными поверхностями 8, 9. Другие исполнения возвышений 10 и углублений 11 профилирования 28, 29 свободной формы, при которых первая контактная поверхность 8 прилегает в области наклонных боковых поверхностей 14 ко второй контактной поверхности 9 по существу по плоскости, возможны и относятся к предмету изобретения. Остальное исполнение ротора 3 соответствует исполнению с фиг. 4.

Фиг. 6 показывает увеличенное продольное сечение ротора 3 в области полюсного башмака 7 с третьим вариантом осуществления профилирования 28, 29. По сравнению с фиг. 4 выполненные в виде зубчатых реек 20 возвышения 10 и ответные возвышениям 10, выполненные в виде пазов 21 зубчатой рейки углубления 11 находятся как на первой контактной поверхности 8 вала 5, так и на второй контактной поверхности 9 полюсного башмака 7. Например, возвышения 10 и углубления 11 расположены на первой контактной поверхности 8 и второй контактной поверхности 9 попеременно. Другие исполнения возвышений 10 и углублений 11 профилирования 28, 29 свободной формы, при которых первая контактная поверхность 8 прилегает в области наклонных боковых поверхностей 14 ко второй контактной поверхности 9 по существу по плоскости, а также различные варианты их расположения возможны и относятся к предмету изобретения. Остальное исполнение ротора 3 соответствует исполнению с фиг. 4.

Фиг. 7 показывает увеличенное продольное сечение ротора 3 в области полюсного башмака 7 с четвертым вариантом осуществления профилирования 28, 29, причем профилирования 28, 29 распространяются лишь по части осевой длины соответствующей контактной поверхности 8, 9. Выполненные в виде зубчатых реек 20 возвышения 10 и ответные возвышениям 10, выполненные в виде пазов 21 зубчатой рейки углубления 11 расположены по существу на осевых концах соответствующих контактных поверхностей 8, 9. Остальное исполнение ротора 3 соответствует исполнению с фиг. 4.

Фиг. 8 показывает увеличенное продольное сечение ротора 3 в области полюсного башмака 7 с пятым вариантом осуществления профилирования 28, 29, причем профилирования 28, 29 распространяются, как и на фиг. 7, лишь по части осевой длины соответствующей контактной поверхности 8, 9. Выполненные в виде зубчатых реек 20 возвышения 10 и ответные возвышениям 10, выполненные в виде пазов 21 зубчатой рейки углубления 11 расположены по существу в осевом направлении посередине. Остальное исполнение ротора 3 соответствует исполнению с фиг. 4.

Фиг. 9 показывает увеличенное продольное сечение ротора 3 в области полюсного башмака 7 с шестым вариантом осуществления профилирования 28, 29, причем профилирования 28, 29 распространяются, как и на фиг. 7 и фиг. 8, лишь по части осевой длины соответствующей контактной поверхности 8, 9. Выполненные в виде зубчатых реек 20 возвышения 10 и ответные возвышениям 10, выполненные в виде пазов 21 зубчатой рейки углубления 11 расположены по существу на осевых концах соответствующих контактных поверхностей 8, 9, а также в осевом направлении посередине. Остальное исполнение ротора 3 соответствует исполнению с фиг. 4.

Фиг. 10 показывает увеличенное изображение в перспективе ротора 3 в области полюсного башмака 7 с седьмым вариантом осуществления профилирования 28, 29. Профилирования 28, 29 распространяются по всей осевой и тангенциальной длине контактных поверхностей 8, 9. Первое профилирование 28 на первой контактной поверхности 8 вала 5 имеет в качестве примера возвышения 10, по отношению к первой базовой плоскости 24. Второе профилирование 29 на второй контактной поверхности 9 полюсного башмака 7 имеет подходящие к ним углубления 11, по отношению ко второй базовой плоскости 25. Возвышения 10 выполнены в виде усеченных пирамид 22, а углубления 11 в виде ответных усеченным пирамидам 22 пазов 23 усеченной пирамиды. Благодаря подобным профилированиям 28, 29 может осуществляться передача поперечного усилия с геометрическим замыканием в осевом направлении A и в тангенциальном направлении T. Высота усеченных пирамид 22 и глубина пазов 23 усеченной пирамиды находятся в каждом случае, по отношению к их базовой плоскости 24, 25, в миллиметровом диапазоне до сантиметрового диапазона.

Усеченные пирамиды 22 и ответные пазы 23 усеченной пирамиды имеют в каждом случае четыре наклонные боковые поверхности 14. Другие исполнения возвышений 10 и углублений 11, при которых первая контактная поверхность 8 прилегает в области наклонных боковых поверхностей 14 ко второй контактной поверхности 9 по существу по плоскости, возможны и относятся к предмету изобретения.

Фиг. 11 показывает продольный разрез ротора 3 в области полюсного башмака 7 с соединительными элементами 19. Полюсный башмак 7 и вал 5 имеют отверстия 16, в которых выполненные в виде винтов соединительные элементы 19 проходят через полюсный башмак 7 и вал 5 в радиальном направлении R. Посредством винтов 19 полюсный башмак 7 закрепляется с прижимным давлением 26 на валу 5. Винты 19 или другие соединительные элементы 19, такие как цилиндрические штифты, делают возможным лишь точечное геометрическое замыкание. Так как возникающие в связи с тепловым расширением поперечные усилия в большинстве случаев очень высоки, требуется большое количество подобных соединительных элементов 19 и/или соответственно большие поперечные сечения. Однако пространство для дополнительных соединительных элементов 19 ограничено, так как в частности для восприятия действующих во время эксплуатации центробежных сил требуются дальнейшие соединительные элементы. Профилирование же 28, 29 свободной формы не требует дополнительных соединительных элементов. Благодаря плоскостному соединению с геометрическим замыканием первой контактной поверхности 8 со второй контактной поверхностью 9 предотвращается смещение контактных поверхностей 8, 9 друг относительно друга, и тем самым достигается более устойчивый характер колебаний.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к ротору электрической машины. Технический результат – повышение надежности. Ротор для электрической вращающейся машины содержит вал и по меньшей мере один полюсный башмак. Вал имеет первую контактную поверхность. Полюсный башмак имеет вторую контактную поверхность. При этом первая контактная поверхность имеет первое профилирование, а вторая контактная поверхность имеет ответное первому профилированию второе профилирование, причем первое профилирование прилегает с геометрическим замыканием к ответному второму профилированию. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Ротор (3) для электрической вращающейся машины (1), в частности синхронной машины (27), с валом (5) и по меньшей мере одним полюсным башмаком (7),

причем вал (5) имеет первую контактную поверхность (8),

причем по меньшей мере один полюсный башмак (7) имеет вторую контактную поверхность (9),

отличающийся тем, что

первая контактная поверхность (8) имеет первое профилирование (28), а вторая контактная поверхность (9) имеет отвечающее первому профилированию (28) второе профилирование (29),

причем первое профилирование (28) первой контактной поверхности (8) прилегает с геометрическим замыканием к ответному второму профилированию (29) второй контактной поверхности (9),

причем благодаря профилированиям (28, 29) имеется в наличии, по меньшей мере, в осевом направлении (A) изменение высоты соответствующих контактных поверхностей (8, 9),

причем соответствующее профилирование (28, 29) имеет зубчатые рейки (20) и/или пазы (21) зубчатой рейки, или

причем соответствующее профилирование (28, 29) имеет усеченные пирамиды (22) и/или пазы (23) усеченной пирамиды.

2. Ротор (3) по п.1, причем профилирования (28, 29) распространяются, по существу, по всей осевой длине соответствующей контактной поверхности (8, 9).

3. Ротор (3) по п.1 или 2, причем профилирования (28, 29) имеют наклонные боковые поверхности (14), причем первая контактная поверхность (8) контактирует со второй контактной поверхностью (9) в области наклонных боковых поверхностей (14).

4. Ротор (3) по п.3, причем наклонные боковые поверхности (14) первого профилирования (28) проходят, по существу, параллельно наклонным боковым поверхностям (14) второго профилирования (29), и причем первая контактная поверхность (8) прилегает по плоскости в области наклонных боковых поверхностей (14) ко второй контактной поверхности (9).

5. Ротор по любому из пп. 1-4, причем между первой контактной поверхностью (8) и второй контактной поверхностью (9) выполнены местами пустые пространства (15).

6. Ротор (3) по любому из пп. 1-5, причем соответствующее профилирование (28, 29) выполнено, по меньшей мере, в осевом направлении (A), по существу, избыточным.

7. Ротор (3) по любому из пп. 1-6, причем, по меньшей мере, части первой контактной поверхности (8) и/или второй контактной поверхности (9) имеют шероховатость поверхности более 25 мкм.

8. Ротор (3) по любому из пп. 1-7, причем зубчатые рейки (20) имеют в поперечном сечении, по существу, форму, в частности, равносторонней трапеции.

9. Электрическая вращающаяся машина (1), в частности синхронная машина (27), с ротором (3) по любому из пп. 1-8.

10. Способ изготовления ротора (3) для электрической вращающейся машины (1), в частности синхронной машины (27), по любому из пп. 1-8.