Ротор электрической машины Советский патент 1993 года по МПК H02K3/46 

фиг.1

Изобретение относится к крупному электромашиностроению и может быть использовано для токоподводов ротора электрической машины, в частности турбогенератора.

Целью предлагаемого изобретения является устранение отмеченных недостатков и повышение надежности работы токоподводов ротора электрической машины посредством исключения фреттинг-коррозии, снижения нагрузок от центробежных сил, действующих на радиальные токоподводы и узлы их крепления, устранения переменных механических напряжений в токоподводах, повышения усталостной изгибной прочности хвостовины вала.

, На фиг..1 представлен токоподвод ротора; на фиг. 2 - гибкая перемычка радиального токоподвода; на фиг. 3 - нижняя часть радиального токоподвода, совмещенная с гибкой перемычкой.

Ротор 1 электрической машины имеет обмотку, размещенную на бочке 2. Лобовые части 3 обмотки вынесены за торец бочки 2 и удерживаются бандажным кольцом 4. В центральном отверстии хвостовины 5 ротора 1 размещены изолированные центральные токоподводы 6. Радиальные токоподводы состоят из нижней части 7 и верхней части 8, соединенных гибкой перемычкой 9, представляющей собой пакет изогнутых медных полос. Крепление перемычки 5 к частям 7 и 8 радиального токоподвода может быть выполнено при помощи пайки, сварки, болтов, заклепок, зажимов. Нижняя часть 7 радиального токоподвода скреплена внутренним концом с центральным токоподводом 6 при помощи резьбы. Верхняя часть 8 радиального токоподвода состоит из двух, стянутых болтом 10, отрезков 8а и 86, между которыми закреплен конец токоподводящей шины 11 обмотки 3. Возможен вариант припайки шины 11 к верхней части 8 радиального токоподвода. Верхняя часть 8, через изоляционную прокладку. 12, опирается на бандажное кольцо 4 и расклинена от боковых смещений изоляционными вставками 13. Радиальное отверстие под токоподводы в хвостовине 5 имеет ступенчатую форму и образована двумя смещенными по оси ротора отверстиями 14а и 146, причем, отверстие 146 выполнено сквозным и в нем расположена нижняя часть 7 радиального токоподвода, а отверстие 14а - на глубину, не доходящую до поверхности центрального отверстия хвостовины 5, и на оси отверстия 14а расположена верхняя часть 8 радиального токоподвода. Такое исполнение позволяет применить гибкую перемычку 2-образного типа, максимально уменьшает степень ослабления сечения хвостовины 5 и снижает концентрацию механических напряжений в хвостовине 5 в районе радиального отверстия.

На фиг. 2 показана гибкая перемычка 9, выполненная в виде двух, симметричных относительно оси радиального токоподвода, изогнутых ветвей 9а и 96 пакета медных

полос, Верхняя 8 и нижняя 7 части радиального токоподвода расположена на одной оси. В нижней части 7 перемычка 9 закреплена при помощи пайки или сварки. К верхней части 8 ветви 9а и 96 крепятся при

5 помощи массивной прямоугольной гайки 15 и болта 16, центробежной силой которых усиливается электрический контакт при вращении ротора. Возможно также крепление перемычки 9 к верхней части 8 токоподвода

0 при помощи пайки или сварки. Внутренний изолированный конец верхней части 8 токоподвода заходит в радиальное отверстие 14 хвостовины 5. Изоляционная втулка 17 заходит в радиальное отверстие 14 свободно,

5 практически без зазора и не только изолирует внутренний конец части 8 токоподвода и его соединение с перемычкой 9 от хвостовины 5, но и предотвращает боковые смещения конца части 8 относительно хвостовины

0 5.

На фиг. 3 показан вариант конструкции токоподвода, в котором нижняя часть радиального токоподвода является продолжением гибкой перемычки и представляет собой

5 шихтованную шину 18, составленную из медных полос. Нижний конец шины закреплен в центральном токоподводе 6, например, при помощи пайки, сварки, болтов, заклепок или другим известным способом.

0 Верхний конец шины 18 изогнут, образуя гибкую перемычку, и подсоединен к верх-, ней части 8 радиального токоподвода при помощи гайки 19 и стягивающей шпильки 20. В данном варианте упрощена конструк

5 ция, исключена пайка гибкой перемычки в нижней части радиального токоподвода, повышена технологичность узла крепления нижней части радиального токоподвода к центральному токоподводу, т. к. крепление

0 может быть выполнено до установки центрального токоподвода в ротор и, соответственно, более надежным способом. Однако при этом несколько усложняется процесс сборки ввиду необходимости заводки цент5 рального токоподвода 6 с прикрепленной шиной 18 в центральное отверстие хвостовины вала и отгиба шины 18 для размещения ее в радиальном отверстии 14.

Во время работы электрической машины центробежная сила радиального токоподвода раздельно воспринимается его верхней и нижней частями, что существенно снижает уровень статических механических напряжений в токоподводе. Причём, материал верхней части работает на сжатие, что обусловливает более высокую допускаемую нагрузку по сравнению с растяжением. Соответственно, размеры нижней части могут быть выбраны таким образом, чтобы были обеспечены необходимые запасы прочности, так как размеры нижней части прямо не связаны с диаметром хвостовины вала. Таким образом повышается механическая прочность и надежность всей конструкции токоподводов и элементов их крепления.

Гибкая перемычка между верхней и нижней частями радиального токоподвода компенсирует относительные радиальное, аксиальное и тангенциальное смещения частей, возникающие при циклическом изгибе хвостовины вращающегося вала и увеличении диаметра бандажного кольца от действия центробежных сил. В самих же верхней и нижней частях токоподвода, а также в центральном токоподводе, расположенном на оси хвостовины вала, переменные механические напряжения пренебрежимо малы.

Крепление нижней части радиального токоподвода вблизи оси хвостовины вала, где малы переменные изгибные напряжения в валу; отсутствие резьбовых соединений деталей крепления токоподводов с валом исключает фреттинг-коррозию, уменьшает концентрацию механических напряжений вхвостовинеу радиальных отверстий и в результате существенно.повышает усталостную прочность вала,

Предложенная конструкция отличается высокой эффективностью, простотой, технологичностью.

По сравнению с прототипом предложенная конструкция отличается повышенной надежностью, резко снижает вероятность усталостного повреждения ротора, применима на роторах большого диаметра и значительной длины, в машинах с повышенными частотами вращения.

Формулаизобретения 1, Ротор электрической машины, содержащий обмотку, размещенную на бочке и закрепленную бандажным кольцом, центральные токоподводы, размещенные в центральном отверстии хвостовины вала, радиальные токоподводы, установленные в радиальных отверстиях хвостовины у торца бочки и осуществляющие электрическое соединение обмотки с центральными токо- подводами, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем исключения повреждений токоподводов и хвостовины вала, радиальные токоподводы выполнены из двух частей, соединенных гибкой токопроводящей перемычкой, причем нижняя часть вместе с гибкой перемычкой размещена целиком в радиальном отверстии хвостовины вала, скреплена механически и соединена электрически с цен- тральным токоподводом, а верхняя

0 электрически соединена с обмоткой и наружным концом опирается через изоляционные прокладки на бандажное кольцо ротора.

2.Тртор по п. 1, отличающийся 5 тем, что гибкая перемычка между частями радиального токоподвода выполнена в виде изогнутого пакета медных полос.

3. Ротор по пп. 1 и 2, отличающийс я тем, что гибкая перемычка выполнена в

0 виде двух симметричных относительно оси

радиального токоподвода изогнутых ветвей

пакета медных полос.

4. Ротор по пп. 1-3, отличающийся тем, что внутренний конец нижней части 5 радиального токоподвода закреплен в центральном токоподводе при помощи резьбы,

5. Ротор по пп. 1-4. отличающийся тем, что верхняя часть радиального токоподвода состоит по крайней мере из двух 0 отрезков, скрепленных осевой стяжкой, между которыми размещен конец шины обмотки ротора.

6. Ротор по пп, 1 - 5, отличающий- с я тем, что верхняя часть радиального то- 5 коподвода расклинена от боковых смещений изоляционными вставками.

7. Ротор по пп. 1-5, отличающий- с я тем, что внутренний конец верхней части радиального токоподвода закреплен в 0 радиальном отверстии хвостовины вала от боковых смещений при помощи изоляционных деталей.

8. Ротор по пп. 1,2,4-7, отличающийся тем, что радиальное отверстие

5 хвостовины вала имеет ступенчатую форму и образовано двумя смещенными по оси вала отверстиями, одно из которых выполнено сквозным, а другое - на глубину, не доходящую до поверхности центрального

0 отверстия хвостовины, причем нижняя часть радиального токоподвода размещена в сквозном отверстии, а верхняя часть - на оси несквозного отверстия.

9. Ротор по пп. Т. 2,5-8, отличаю- 5 . щ и и с я тем, что нижняя часть радиального токоподвода выполнена в виде радиального продолжения гибкой перемычки, состоящего из медных полос и соединенного электрически и механически с центральным токоподводом.

Использование: для токоподводов роторов крупных электрических машин, в частности турбогенераторов. Сущность изобретения: электрическое соединение обмотки (3) ротора с центральными токоподво- дами (6) осуществлено радиальным токоподводом, который выполнен из нижней части (7) и верхней части (8), соединенных гибкой перемычкой (9). Нижняя часть (7) с гибкой перемычкой (9) размещена в радиальном отверстии хвостовины (5) вала, скреплена и соединена механически с центральным токоподводом (6), а верхняя часть (8) соединена с обмоткой (3) и наружным концом оперта через изоляционные прокладки (12) на бандажное кольцо (4), изобретение повышает надежность. 8 з. п. ф-лы, 3 ил. ЯГ 72 77 3 V10 72 7 y/ /J/zh jL СО С