Ротор синхронной явнополюсной электрической машины Советский патент 1982 года по МПК H02K1/24 

Изобретение относится к электромащиностроению более конкретно к ро торам синхронных явнополюсных электрических машин, например к роторам гидрогенераторов. Известна синхронная явнополюсная электрическая машина с шихтованным из сегментов ободом, у которой для улучшения формы генерируемого в обмотке статора напряжения за счет снижения зубцовых гармоник полюса ротора размещены на периферии ротора неравномерно и образуют полюсн группы с равномерным расположением полюсов внутри групп и с расстояниями между крайними полюсами групп отличающимися от междуполюсных расстояний на величину сдвига полюсных групп. Полюсные башмаки при этом сдвинуты относительно серде1:ника полюса и закреплены в пазах обода, равномерно расположенных по всему ободу, и в каждом сегменте обода пазы для полюсов выполнены с равными расстояниями друг от друга Ю Недостатком этого устройства является сложность конструкции. Наиболее близким к изобретению является ротор синхронной явнополюсной электрической машины, например гидрогенератора, с шихтованным из сегментов ободом с групповым сдвигом полюсов, закрепленных в пазах обода, образованных соответствующими пазами, выполненными на внешней поверхности сегментов. Сегменты, образующие обод, имеют несколько видов: сргменты с равньии расстояниями между пазами для полюсов и сегменты, одно из расстояний между пззами которых отличается на величину сдвига полюс.чнх групп. Первый вид .сегментов имеет симметричное расположение пазов относительно оси сегмента, сегменты второго вида имеют как симметричное, так и асимметричное расположение пазов. Сепяенты размещены в слоях со сдвигом друг относительно друга в каждом последующем слое на шаг, равный полюсному делению С2}. Недостатками указанной конструкци являются большое количество видов сегментов, применяемых для шихтовки обода, что требует соответственно большого количества дорогостоящих штампов, и необходимость дополнитель ных затрат на перенастройку прессов при перехсяе от штамповки сегментов одного .вида к другому Цель изобретения - упрощение конструкции ротора и повышение технологичности его изготовления. Указанная цель достигается тем, что в роторе синхронной явнополюсной электрической машиуы с групповым сдвигом полюсов, содержащем обод, шихтованный из сдвинутых относительно друг друга в каждом последующем слое сег ментов, имеющих пазы для закрепления полюсов и выполненных с симметричным и асимметричным расположением пазов относительно оси сегмента, одно из расстояний между пазами в сегмеЛтах с асимметричным расположением пазов и перекрывающих граничную зону между группами полюсов отличается на величину сдвига полюсных групп, в граничной зоне между группами полюсо расположены сегменты, представляющие собой зеркальные отображения сег ментов с асимметричным расположением пазов, образованные путем их поворота на 180, сегменты с асимметричным расположением пазов и их зеркальные отображения размещены в разных слоях обода, причем количество видов сегментов обода определяется из соотношенияl-Hjf количество видов сегментов число полюсов в сегменте, коэффициент дробности в вели чине сдвига смежных слоев, равный знаменателю дробности При сборке сегментов со сдвигом В каждом последующем слое в одном на правлении сегменты могут быть размещены в граничной зоне между группами полюсов в последовательности по слоям S- гч-S-ч- п- ;-Ч- - 0 При сборке сегментов со сдвигом в части слоев в разных направлениях сегменты размещены в граничной зоне между группами полюсов в последовательностиС-с -Г -Г Гг ri-pi г г о Ч 1 S rS--V o где Cj, - сегменты с равномерным расположением пазов; ,..Cn- сегменты с асимметричнйм расположением пазов; C /CliVC... Ср- сегменты с асимметричным расположением пазов, повернутые на 180°. На фиг. 1 изображена часть ротора синхронной электрической машины с шихтованным ободом и групповым сдвигом полюсов; на фиг. 2 - сегмент обода ротора с равномерным расположением пазов,для полюсовi на фиг 3 сегмент обода ротора с асимметричным расположением пазов для полюсов; на фиг. А - сегмент ротора с асимметричным расположением пазов, представляющий зеркальное изображение сегмента, изображенного на фиго 3; на фиг, 5 размещение сегментов обода при укладке со сдвигом в слоях в одном направлении на целое число полюсных делений; .на фиг.6 - размещение сегментов обода при укладке со сдвигом в слоях в одном направлении на дробное число полюсных делений , на фиг. 7 размещение сегментов обода при укладке со сдвигом части слоев в разных направлениях на дробное число полюсных делений} на фиг. 8 - размещение сегментов обода в развертке с указанием расположения пазов, отверстий для стяжных шпилек и калибров при сборке. Ротор синхронной явнополюсной I электрической машины содержит шихтованный обол 1 (фиг. 1), собранный в кольцо из сегментов 2 и 3 с пазами на внешней поверхности cei- ментов, в которых закреплены полюса 5с помощью хвостовиков 6. Сегменты 2 выполнены с равными расстояниями t между пазами для полюсов (фиг. 2). Сегменты 3, размещенные в граничной зоне между полюсными группами, имеют одно из расстояний между пазами для полюсов TQ, от ли чающееся от междуполюсного расстояния f на величину сдвига полюсных групп и, т.е. (фиг. 3 и 4). Сегменты 2 с равными pacctoяниями между пазами k для полюсов выполнены с симметричным расположением пазов относительно оси сегмента 0-0 (фиг. 2). Сегменты 3 выполнены с асимметричным расположением пазов относительно оси сегмента 0-0 (фиг. 3 и i). В граничной зоне между группами полюсов размещаются сегменты, имеющие одно из расстояний между пазами ь, отличающееся от междуполюсных расстояний С на величину сдвига групп полюсов, выполненные только с асимметричным расположением пазов относительно оси сегмента 0-0. При этом уменьшается число форм сегментов, размещаемых в граничной зоне между группами полюсов. Например, при применении сегментов с четырьмя пааами в известном роторе t2 потребовалось бы использовать k формы сегментов и соответственно для их изготовления - k вида штампов. В предлагаемом роторе потребуется только 2 вида штампа, так как исключается форма сегмента с неравномерным расположением пазов, но с сим метричным расположением их относительно оси сегмента где ось cei- мента проходит через середину меж полюсного расстояния Ti , а сегменты с асимметричным расположением пазов, имеющие одинаковую асимметричность относительно оси сегмента, представляющие собой зеркальное изображение друг друга, изготавливают одним штампоМо При этом количество слоев сегментов между стыками, образованными при сборке сегментов со сдвигом в каждом слое относительно друг друга на целое число полюсов, равно двум (фиг.5 Учитывая, что сегменты обода ротора штампуются из стальных листов толщиной 5-6 мм, при таком количестве сло ев между стыками сегментов обеспечивается необходимая механическая прочность обода. При необходимости увеличения коли чества слоев сегментов между стыками можно осуществить при том же числе полюсов сдвиг сегментов а слоях на дробное число пазов, например, на 1 1/2 паза, как показано на фиг.6 и 7. При пяти и шести полюсах в сегменте и сдвиге сегментов смежных сло ев на целое число полюсов количество слоев между стыками равно четырем при семи и восьми полюсах - шес ти. Сегменты, перекрывающие граничную зону между группами полюсов, с асимметричным расположением пазов. 9 16 относительно оси сегмента и имеющие одинаковую асимметричность, образуг ют пары сегментов, причем один из сегментов пары выполнен в виде зеркального изображения другого сегмента (фиг. 3 и ). Количество видов сегментов, необходимых для сборки обода, определяется в зависимости от числа полюсов в сегменте исходя из следующего соотношения: ±i-iL.a. где К - количество видов сегментов; Р - число полюсов в сегменте{ d - коэффициент дробности в величине сдвига сегментов смежных слоев, равных знаменателю дробности. Изготовление ротора синхронной электрической машины включает в себя штамповку сегментов обода и их последовательную сборку в кольцо в несколько слоев со сдвигом сегментов смежных слоев относительно друг друга. Для обода ротора штампуют сегменты нескольких видов: сегменты с равным расстоянием между пазами полюсов с симметричным расположением пазов относительно оси сегмента (фиг. 2) и сегменты с асимметричным относительно осей сегментов расположением пазов, имеющих одно из расстояний между, пазами, отличающимися от между полюсных расстояний на величину сдвига полюсных групп. Указанные сегменты с асимметричным расположением пазов образуют пары с одинаковой асимметричностью, причем один из сегментов пары выполнен в виде зеркального изображения другою сегмента (фиг,- 3 и )оВ указанных сегментах отверстия для крепящих шпилек 7 и сборочных калибров 8 выполнены с симметричным расположением относительно оси полюсного паза. Таким образом, обеспечивается возможность штамповки соответствующих пар.с одинаковой асимметричностью одним штампом. Сборку сегментов обода в кольцо в несколько слоев со сдвигом сегментов в каждом слое :ш целое число полюсов осуществляют следующим образом. Укладывают в колъцо первый слой из сегментов CQ с равномерным расположением пазов (фиг. 5), при этом |на граничной зоне между группами полюсов образуются стыки между со79седними сегментами. Укладывают второй слой сегментов со сдвигом на целое число полюсов. При этом в зоне расположения полюсных групп укладывают сегменты равномерным расположением полюсов, а в граничной зоне между группами полюсов с перекрытием ее укладывают сегменты с асимметричным расположением полюсов С, имеющие одно из расстояний между пазами, отличающееся от междуполюсных

расстоянии на величину сдвига полюсных групп. В последующих слоях, где в .граничной зоне требуется уложить сегменты с одинаковой асимметричностью, сегменты разворачивают вокруг оси 0-0 на , образуя сегменты в виде зеркального изображения С.

. При сборке сегментов с п числом пазов со сдвигом в каждом последующем слое в одном направлении на це,лое число полюсов укладку сегментов, их поворот на для образования сегментов в виде зеркального изобра- 25 жения осуществляют в граничной зоне между группами полюсов в последовательности rio слоям с ..cL-Cn-c-Co, 1 л Ло GO се.гменты с равномерным расположением Пазов; С|,С,С,...,С{,- виды сегментов с асимметричным располоением пазов. CH,C}2,CT,,...,Cjf виды сегментов, повернутых на 180, с асимметричным расположением пазов При сборке сегментов с л числом полюсов в сегменте и со сдвигом в части слоев в разных направлениях укладку сегментов, их поворот на образования сегментов в виде зеркального изображения осуществляют в последовательности по слоям - , л . л г с--С лс о Л п О о т i. э ч I L. J

где GO сегменты с равномерным расположением пазов, C,C(2,C2,,...,Cr,- виды сегментов с асимметричным расположением пазовj C),CfL,Cj,.,.,C,f сегменты с асимметричным расположением пазов, повернутые на 180.

Точность сборки сегментов обеспечивается установкой сборочных калибров в соответствующие отверстия 8 сегментов (фиг. 8). После укладки сегментов в несколько слоев и образова-) ния шихтованного обода они скрепляютментов в слоях в одном направлении и в разных направлениях.

Пример, При числе полюсов

в сегменте Р и сдвиге сегментов в слоях в целое число полюсов в одном направлении (фиг. 5) число штампов для изготовления сегментов равно Двумя штампами изготовляют

сегменты двух видов, с равномерным расположением пазов и с асимметричным относительно оси сегмента расположением пазов, расстояние между двумя крайними пазами которых отличаИ т.До При этом расположении сегментов в граничной зоне в слоях имеет последовательность . Затем осуществляется крепление сегментов обода стяжными шпильками и установка полюсов в пазы сегментов.

П р им е р 2о При числе полюсов в сегменте Р и сдвиге сегментов в слоях в одном направлении на дробное число полюсов ( 1/2). Количество штампов d , при этом коэффициент дробности равен знася стяжнь1ми шпильками, установленными в отверстия 7, после чего в полюсные пазы k устанавливаются и закрепляются полюса 5 ротора. В приведенных примерах показаны варианты изготовления и сборки шихтованного обода ротора при наиболее оптимальном варианте, при числе пазов всегменте , при сдвиге сегментов соседних слоев на целое и дробное число полюсов, при укладке сегется на величину сдвига полюсных групп от междуполюсных расстоянии. Укладывают первый слой из .сегментов GO с равномерным расположением пазов. Затем со сдвигом на одно полюсное деление по часовой стрелке укладывают второй слой, причем сегменты с равномерным расположением пазов GQ укладывают в зоне полюсных груп, а в .граничной зоне между груп полюсов с перекрытием ее укладывают сегменты с асимметричным расположением пазов G. В третьем слое сдвиг сегментов осуществляют в том же направлении на 2 полюсных деления, причем в граничной зоне сегмент с асимметричным расположением пазов разворачивают на 180°, образуя сегмент G в виде зеркального изображения .асимметричного сегмента G-; . граничной зоны, уложенного во втором 11 - W слое Четвертый слои повторяет первый 9 менателю дробности т.во при ). Четырьмя штампами штампуют сегменты четырех видов (фиг. 6). Первы слой укладывают из сегментов с равномерным расположением пазов.CQ. Вт рой слой укладывают со сдвигом на 1 1/2 полюсных деления по часовой стрелке, при этом в граничной зоне между группами полюсов укладывают сегмент С с асимметричным распо ложением пазов и одним из расстояни Tq, отличающимся от междуполюсных расстояний на величину сдвига групп полюсов, В третьем слое в граничной зоне укладывается сегмент Cf}. с аси метричным расположением пазов, в четвертом сегмент С, в последующих слоях граничной зоны укладываются соответственно асимметричные сегмен ты Ci, Сп, С , представляющие собой повернутые на 180 сегменты Сз, Ctj, С.,. Восьмой слой повторяет первый -и т.д. При этом расположение сегментов в граничной зоне в слоях имеет последовательностьt r -4-V -4- - oЗатем осуществляется крепление сегментов обода стяжными шпильками и установка полюсов в пазы сегментов. Пример 3. При числе полюсов в сегменте и сдвиге сегментов в слоях в разных направлениях на дробное число полюсов ( 1/2), количество штампов -d - (как в примере 2). Штамповка сегмен тов аналогична примеру 2. Укладка сегментов производится следующим образом. Укладывается первый слой из cei ментов С(з с равномерным размещением пазов. Второй слой сдвигается на 1 1/2 пазовых деления по часовой стрелке, при этом в граничной зоне между группами полюсов укладывается сегмент Ц с асимметричным.расположением пазов. В третьем и четвертом слое сегменты сдвигаются на 1 1/2 пазовых деления также по часовой стрелке, при этом в граничном слое укладываются сегмент С Со, с асим метричным расположением пазов. В пятом, шестом и седьмом слое сегменты укладываются со сдвигом на 1 1/2 пазовых деления против часово стрелки. При этом в граничной зоне 1 размещаются соответственно сегменты С, С, Cj, представляющие собой повернутые на 180 сегменты С, Сл, Cj. При этом расположение сегментов в граничной зоне в слоях имеет последовательностьCQ- - С ,j- cl,- CQ;- С j- CQ . Затем осуществляется крепление, сегментов стяжными шпильками и установка полюсов в пазы сегментов. Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в упрощении конструкции шихтованного обода ротора за счет применения меньшего числа форм и уменьшения числа штампов для изготовления сегментов. Так при четном числ« полюсов в сегменте, при сдвиге сегментов в слоях на целое число пазов количество штампов, необходимое для изготовления сегментов предлагаемого ротора вдвое меньше, чем известного 2, Кроме того, сокращается время на проектирование штампов, переналадку прессов при прессовке и ремонте штампов. Формула изобретения 1. Ротор синхронной явнополюсной электрической машины с групповым сдвигом полюсов, содержащий обод, шихтованный из сдвинутых относительно друг друга в каждом последующем слое . сегментов, имеющих пазы для закрепления полюсов, и выполненных с симметричным :и асимметричным расположением пазов относительно оси сегмента, одно из расстояний между пазами в сегментах с асимметричный расположением пазов и перекрывающих граничную зону мекду группами-полюсов отличается на величину сдвига отличаюполюсных групп, щийся тем, что, с целью упро щения конструкции и повышения технологичности изготовления, в граничной зоне между группами полосоврасположены сегменты, представляющие собой зеркальные отображения сегментов с асимметричным расположением пазов, образованные путем их поворота на IBQO, сегменты с асимметричным расположением пазов и их зеркальные otoбpaжeния размещены в разных слоях обода, причем количество видов сегментов ободаопределяется из соотношения ..f. 11 где К - количество видов сегментов; Р - число полюсов в сегменте, 3 - коэффициент дробности в вели чине сдвига смежных слоев, равный знаменателю дробности. 2« Ротор по п. 1, отличающийся тем, что, при сборке сегментов со сдвигом в каждом последующем слое в одном направлении сегменты размещены в граничной зоне меж ду группами полюсов в после,цовательности по слоям V V 3. Ротор по По1, отличающийся тем, что при сборке cei- ментов со сдвигом в части слоев в ра ных направлениях сегменты размещены

tl

.f 1 в граничной зоне между группами полюсов в последовательности tj О-V4- с.,... VC -Ci-C... CL-C , где Ср - сегменты с равномерным расположением пазов, С,Сп,Са,...,Сп- сегменты с асимметричным расположением пазовj C,,Crj,C-i,,...|Cn- сегменты с асимметричным расположением пазов, повернутые : на 180. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1„ Авторское свидетельство СССР по заявке № Z j01304/2 -07, кл. Н 03 К /2k, 1976. 2. Авторское свидетельство СССР № 813592, кл. Н 02 К /2Ц, 1978. Гг .9

д-«/

. ir вф ПЙ1

г-г

«

о о о о

/, гг,

л/ ф ,„ /

i о .фо ОФ7 o(;f

/

A

f o о I

о о

.f