Ротор высокоскоростной электрической машины Советский патент 1982 года по МПК H02K21/02 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к высокоскоростным электрическим -машинам, например синхронным или вентильным машинам, и может быть использовано в электроприводах высокочастотных механизмов.

Известны роторы высокоскоростных электрических машин, содержащие вал и систему возбуждения в виде распо- . ложенных на кольцевом магнитопроводе постоянных магнитов, на которые для увеличения прочности, насажена упрочняющая оболочка 1 .

Наличие упрочняющей оболочки обеспечивает, в сравнении с неупроченным вариантом, более высокую окружную скорость ротора.

Наиболее близкой к предлагаемой является конструкция, содержащая ротор/ который содержит вал с размещенным на нем кольцевым магнитопроводом, на котором установлены постоянные магниты, образующие многополюсную систему, и напрессованное на магниты упрочняющее кольцо 2 .

Недостатком известных устройств является сложность конструкции (необходимость высокой точности обработки деталей ротора и сложность его сборки), который объясняется тем.

что упрочняющее кольцо напрессовывается с натягом, величина которого должна обеспечить компенсацию усилий, возникающих в упрочняющем кольце, под действием центробежных сил при вращении ротора с максимальной частотой и, кроме того, обеспечить величину остаточного натяга, необходимого для передачи вращающего момента. Кон10структивно роторы высокоскоростных машин мощностью в десятки и сотни киловат достигают в диаметре 200-300 мм и более, магнитная система состоит из большого числа магнитов (каждый

15 полюс более технологично выполнять из нескольких магнитов), а упрочняющее кольцо представляет собой тонкостенный цилиндр большого диаметра. Для посадки упрочняющего кольца в

20 таких конструкциях необходимо осуществить крепление магнитов на магнитопроводе с последующей обработкой всей магнитной системы (в сборе) для получения точного посадочного диаметра и исключить существенные и механичеркие усилия на упрочняющее кольцо и магниты во время его напрессовки во избежании их деформации, разрушения и нарушения крепления к маг30 нитопроводу. Поэтому напрессовка упрочняющего кольца может быть достигнута в основном только за-счет значи тельного нагрева упрочняющего кольца и охлаждения магнитной системы перед их соединением, что не всегда позволяет обеспечить требуемый натяг. Сборка ротора упрощается, если упрочняющая бболочкапредставляет собой бандаж, выполненный путем намотки на магнитную систему какой-либ нити, например немагнитной стальной проволоки. В этом случае исключается необходимость обеспечения точной обработки магнитной системы, требуемый натяг достигается соответствующим натяжением нити. Для обеспечения существенного натяга, который необходи для известных конструкций роторов, требуется значительное натяжение нит Это требование не всегда реализуемо. в особенности, если упрочняющая оболочка выполняется из композиционного материала путем намотки упрочняющей нити с последующей ее пропиткой напо нителем, при отверждении которого до стигаются заложенные в материале про ностные свойства. Таким образом, сложность конструк ции известных роторов обуславливаетс необходимостью обеспечения весьма значительного натяга между упрочняющей оболочкой и магнитной системой, величина которогоскладывается из-на Тяга необходимого для компенсации ра тягивающих усилий, возникающих в обо лочке под действием центробежных сил составляющего 60-75% от величины суммарного натяга, и остаточного натяга для передачи вращающего момента с магнитов на вал и наоборот. Цель изобретения - упрощение конструкции и увеличение проводимости магнитной цепи. Указанная цель достигается тем, что в кольцевом магнитопроводе выполнены аксиально-радиальные прорези либо со стороны внутренней, либо со стороны наружной поверхности магнитопровода. В аксиально-радиальных прорезях размещены пластины из магнитомягкого материала. Число аксиально-радиальных прорезей равно числу полюсов ротора, причем оси симметрии прорезей совпадают с осями полюсов. , На фиг. 1 и 2 показаны поперечные разрезы роторов предлагаемой конструкции. . Ротор содержит вал 1 с напрессованным на него кольцевым магнитопроводом 2, на котором установлены постоянные магниты 3, образующие многополосную систему возбуждения, упроч-; няющую оболочку 4. В кольцевом магнитопроводе 2, выполнены аксиально-радиальные лрорези 5j в которых размещены пластины 6 из магнитомягкого материала. Каждый полюс многополюсной системы возбуждения выполнен из нескольких, например четЕлрех постоянных магнитов. Упрочняющая оболочка ротора (фиг. 1) выполнена в виде кольца из немагнитной стали титана, из стали с различными магнитными свойствами или другого прочного немагнитного ма-, териала. Наиболее эффективно выполнение упрочняющего кольца 4 из материалов с модулем упругости равным модулю упругости стали или превосходящим его. Поэтому применение титана, модуль упругости которого примерно в .два раза Ниже чем у стали, малоэффективно. Упрочняющая оболочка (фиг. 2) выполнена из композиционного материала путем намотки нити с последующей ее пропиткой связующим. Предпочтительно использование углеволокна, нитей бора или бороуглерода, обладающих высоким модулем упругости. В качестве наполнителя могут применяться эпоксидные компаунды горячего, отверждения или высокотемпературные полиамидные смолы., В качестве материала магнитопровода 2 могут применяться не только низкоуглеродные марки сталей, такие как ст. 3 или ст. 10, но также и некоторые консГрукциойные стали, учитывая возможность обеспечения низких значений индукции в магнитопроводе и существенно большое для этих сталей значение предел текучести. В качестве -материала магнита предпочтительно использование высокоэрцитивных материалов - ферритов и соединений редкоземельных металлов с кобальтом. Устройство работает следующим образом. При вращении ротора элементы его конструкции испытывают действие центробежных сил, которые создают растягивающие напряжения в вале 1, магнитопроводе 2, упрочняющем кольце 4. Наиболее значительные растягивающие напряжения имеют место в упрочняющей оболочке (кольце) 4, так как оно испытывает совместное действие напряжений, вызванных центробежными силами собственной массы и массы магнитов. В магнитопроводе 2 за счет наличия аксиально-радиальных прорезей 5 растягивающие напряжения существенно увеличены в сравнении с. напряжениями, возникающими в магнитопроводе без прорезей, следствием чего является увеличение его растяжения. При равенстве напряжений, возникающих в магнитопроводе 2 и оболочке (кольце) 4 и равенстве модулей упругости их материалов, значения растяжений оболочки (кольца) 4 и магнитопровода 2 будут отличаться весьма незначительно (отнсяиение величин растяжений оболочки (кольца) 4 и магнитопповода 2 будет