Ротор электрической машины Советский патент 1992 года по МПК H02K1/27 

Фиг./

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам с постоянными магнитами на роторе, и может использоваться в генераторах и двигателях, к которым предъявляются жесткие требования к стабильности электромагнитных характеристик.

Известен ротор электрической машины, содержащий вал с расположенными на нем шихтованным магнитопроводом в виде дискообразных пластин с прямоугольными пазами, в которых размещены постоянные магниты, и шихтованные пакеты из клиновидных пластин, размещенные по оси в чередующемся порядке с дискообразными пластинами и скрепленные с ними.

Недостатком известной конструкции является технологическая сложность регулировки магнитного потока ротора при разбросе свойств и размеров материалов, из которых собираются узлы электрической машины.

Известен также многополюсный магнитоэлектрический датчик момента повышенной точности, содержащий вал с расположенными на нем постоянными магнитами, клиновидными участками между ними, немагнитными нажимными шайбами и термомагнитными шунтами, установленными на внутреннем магнитопроводе симметрично с обеих сторон от магнитов.

Недостатком конструкции является необходимость технологической операции комплектования магнитов с минимальным разбросом по магнитные свойствам для обеспечения симметрии магнитной системы датчика.

Для осуществления регулировки магнитного потока датчика за счет подбора и установки необходимого количества и необходимой толщины шунтов необходима многократная разброска-сборка узла, так как шунты закрыты немагнитными нажимными шайбами. Кроме того, в датчике отсутствуют элементы крепления постоянных магнитов и клиновидных участков, что не позволяет использовать такое устройство для высокооборотных роторов.

Цель изобретения - упрощение технологии изготовления ротора электрической машины путем регулировки магнитного потока установкой ферромагнитных колец без разборки основной магнитной системы.

Указанная цель достигается тем, что электрическая машина с постоянными магнитами проектируется на минимально допустимое напряжение при возможно наихудших магнитных свойствах постоянных магнитов и материалов магнитопрово- дов с учетом предельных допусков на

размеры ее деталей и узлов, а ее ротор, содержащий вал с расположенными на нем постоянными магнитами и клиновидными участками между ними, немагнитными нажимными шайбами и ферромагнитными кольцами снабжен элементами крепления, постоянные магниты, клиновидные участки и немагнитные нажимные шайбы закреплены элементами крепления, на

торцах последних выполнены выступы, расположенные за немагнитными нажимными шайбами и на выступах закреплены ферромагнитные кольца, при этом элементы крепления могут быть выполнены заодно с

клиновидными участками.

Регулировка магнитного потока ротора осуществляется установкой необходимого количестеа и толщины ферромагнитных колец на выступах элементов крепления, шунтирующих избыточный магнитный поток,

На ф- ir. 1 представлен продольный разрез ротора с клиновидными участками в виде шихтованных полюсов, скрепленными

стержнями; на фиг. 2 - поперечный разрез ротора (верхняя половина) и внешний вид торца ротора (нижняя половина); на фиг. 3 - продольный разрез ротора, в котором элементы крепления выполнены заодно с клиневидными участками в виде массивных полюсов; на фиг. 4 - ферромагнитное кольцо; на фиг. 5 - ферромагнитный сегмент.

Ротор электрической машины содержит вал (или ступицу) 1, на котором расположена

основная магнитная система 2, состоящая из клиновидных участков (полюсов) 3 и чередующихся с ними постоянных магнитов 4 призматической формы, намагниченных в тангенциальном направлении v, расположенных одноименными полюсами друг к другу. Магнитная система 2 удерживается на валу 1 элементами крепления 5, соединяющими клиновидные участки (полюса) 3 с немагнитными нажимными шайбами 6, размещенными с обоих торцов магнитной системы 2. Элементы крепления 5 выполнены из магнитнсго материала. На торцах элементов крепления 5 выполнены плоские поверхности 7 и центральные резьбовые

шпильки 8, расположенные за немагнитными нажимными шайбами б, Магнитная система 2 скреплена с немагнитными нажимными шайбами 6. пропитана компаундом и представляет из себя монолитный

работоспособный узел ротора.

На выступающих элементах крепления 5 установлены ферромагнитные кольца 9, плотно прилегающие к плоским поверхностям 7 элементов крепления 5 и закрепленные гайками 10, Вместо ферромагнитных

колец 9 (фиг. 4) возможна установка ферромагнитных сегментов 11 (фиг. 5).

При выполнении клиновидных участков (полюсов) 3 шихтованными (фиг. 1) элементы крепления 5 целесообразно выполнять в виде стержней, состоящих из цилиндрических частей 12, буртиков 13 с плоскими поверхностями 7 и центральных резьбовых шпилек 8. При такой конструкции совместная обработка отверстий под цилиндрические части 12 стержней в клиновидных участках (полюсах) 3 и немагнитных нажимных шайбах 6 в приспособлении, имитирующем геометрические размеры магнитов и обеспечивающем плотное прилегание клиновидных участков (полюсов) к имитаторам магнитов, позволяет обеспечить минимальный зазор стыков магнитов и клиновидных участков (полюсов), следовательно, обеспечить более высокий коэффициент использования магнитной энергии.

При выполнении клиновидных участков (полюсов) 3 массивными (фиг. 3) элементы крепления 5 можно выполнять заодно с клиновидными участками (полюсами), например, методом точного литья. В этом случае элементы крепления 5 представляют собой цилиндрические выступы на торцах клиновидных участков (полюсов) 3. Возможны конструктивные варианты закрепления ферромагнитных колец 9 на выступах клиновидных участков (полюсов) 3. Например, цилиндрические выступы клиновидных участков (полюсов) 3 снабжены центральными резьбовыми шпильками 8. Ферромагнитные кольца 9 поджимаются к плоским поверхностям 7 выступов гайками 10 (фиг. 3 слева) или цилиндрические выступы снабжены центральными резьбовыми отверстиями. Ферромагнитные кольца 9 поджимаются к плоским поверхностям 7 выступов винтами 14 (фиг. 3 справа).

При работе ротора электрической машины рабочий магнитный поток, создаваемый тангенциально намагниченными постоянными магнитами 4, направленными друг к другу одноименными полюсами, проходит через клиновидные участки (полюса) 3, обеспечивая внешнее переменно-полюсное магнитное поле, используемое для наведения ЭДС в обмотках электрической машины. В процессе регулировки характеристик электрической машины, а именно получения минимального разброса выходного напряжения магнитоэлектрического генератора, заданное переменно-полюсное магнитное поле ротора обеспечивается шунтированием избыточного магнитного потока за счет подбора и установки необходимого количества и необходимой толщины

ферромагнитных колец 9 и размещения их на выступах элементов крепления 5. При этом шунтирующий магнитный поток от постоянных магнитов 4 проходит через клино- видные участки (полюса) 3, элементы крепления 5 и ферромагнитные кольца 9. Минимальное магнитное сопротивление стыков ферромагнитных колец 9 и плоских поверхностей 7 элементов крепления 5

0 обеспечивается плотным прижатием колец к элементам крепления и закреплением гайками 10, навернутыми на резьбовые шпильки 8.

В случае выполнения.ротора с элемек5 тами крепления в виде стержней 5 (фиг. 1) минимальное магнитное сопротивление стыков клиновидных участков (полюсов) 3 и стержней 5 обеспечивается плотной посадкой цилиндрических частей 12 стержней 5 в

0 предварительно совместно обработанные отверстия в клиновидных участках (полюсах) 3 и немагнитных нажимных шайбах 6.

Возможны варианты технологических процессов подбора и установки ферромаг5 нитных колец 9 для обеспечения необходимого переменно-полюсного магнитного поля ротора, например, путем вращения ротора в эталонном статоре и подбором толщины колец 9 до тех пор, пока снимаемое с

0 обмотки статора напряжение не окажется в заданном интервале допустимых значений. При этом в предлагаемой конструкции ротора электрической машины в процессе регулировки ее характеристик сборке и

5 разборке подвергается только дополнительная, шунтирующая часть магнитной системы, а основная часть магнитной системы 2 с постоянными магнитами 4, клиновидными участками (полюсами) 3 и немагнитными на0 жимными шайбами 6 собирается один разт что снижает трудоемкость изготовления и процент брака роторов по сравнению с регулировкой характеристик путем установки шунтирующих магнитный поток ферромаг5 нитных колец между магнитами и нажимными шайбами.

Для исключения вращения ротора в процессе регулировки возможно применение технологического измерителя рабочего

0 магнитного потока ротора.

Для повышения технологичности процесса регулировки ротора, подбор и установка ферромагнитных колец 9 осуществляются в приспособлении, выпол5 ненном из немагнитного материала и обеспечивающем поджатие ферромагнитных колец 9 к плоским поверхностям 7 выступов элементов крепления 5. При этом не требуется многократная затяжка - отворачивание гаек 10.

При использовании предлагаемого ротора в электрических машинах, в которых необходимо обеспечить постоянную массу (момент инерции) роторов, можно устанавливать кроме необходимого количества ферромагнитных колец 9 также кольца из немагнитного материала.

Точность стабилизации ротора может быть повышена за счет различных вариантов чередования ферромагнитных колец 9 разной толщины, а также чередованием ферромагнитных и немагнитных колец. Быстрый подбор (выбор) толщины ферромагнитных колец осуществляют по статистическим таблицам соответствия величины превышения номинального напряжения и необходимой толщины кольца.

Предложенная конструкция ротора (индуктора) электрической машины с постоянными магнитами позволяет простым способом обеспечить необходимые электромагнитные характеристики, расширить конструкторско-технологические возможности изготовления роторов и снизить требования, предъявляемые к магнитным

свойствам используемых материалов. Все это позволяет снизить затраты на изготовление роторов на 10-20% за счет уменьшения брака и объема переработки некондиционных узлов и материалов.

Формула изобретения

1.Ротор электрической машины, содержащий вал с расположенными на нем постоянными магнитами и клиновидными участками между ними, немагнитными нажимными шайбами и ферромагнитными кольцами, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии изготовления

путем регулировки магнитного потока постоянных магнитов, ротор снабжен элементами крепления, которыми скреплены постоянные магниты, клиновидные участки и немагнитные нажимные шайбы, на торцах

элементов крепления выполнены выступы, а на выступах закреплены ферромагнитные кольца.

2.Ротор по п. 1,отличающийся тем, что элементы крепления выполнены заодно с клиновидными участками.

Использование: относится к электрическим машинам с постоянными магнитами, к которым предъявляются жесткие требования по стабильности электромагнитных характеристик. Сущность изобретения; ротор содержит вал 1 с размещенной на нем основной магнитной системой 2, состоящей из клиновидных участков (полюсов) 3 и чередующихся с ними тангенциально намагниченных постоянных магнитов 4 с избыточной магнитной энергией. Элементы 5 крепления, выполненные из ферромагнитного материала, удерживают клиновидные участки (полюса) 3 и магниты 4 в немагнитных нажимных шайбах 6. На торцах элементов 5 крепления выполнены выступы, расположенные вне основной магнитной системы 2 за немагнитными нажимными шайбами 6. Ротор снабжен ферромагнитными кольцами 9, закрепленными на выступах элементов 5 крепления. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

J

Фив. 2

3/

Фиг.1

Редактор И.Касарда

Техред М.Моргентал

Заказ 3008ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Фиг.З

11

Г

Фиг. 5

Корректор Н.Гунько