Ротор высокооборотной электрической машины



Ротор высокооборотной электрической машины
Ротор высокооборотной электрической машины
Ротор высокооборотной электрической машины

 


Владельцы патента RU 2505908:

Ежов Юлий Петрович (RU)
Левин Александр Владимирович (RU)
Хабаров Владимир Александрович (RU)
ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "АГРЕГАТНОЕ КОНСТРУКТОРСКОЕ БЮРО "ЯКОРЬ" (RU)
Попов Юрий Михайлович (RU)
Ситин Дмитрий Анатольевич (RU)

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в высокооборотных электрических машинах различного назначения. Технический результат заключается в улучшении показателей надежности и технологичности, а также возможности улучшения энергетических характеристик электрической машины за счет дальнейшего повышения ее частоты вращения. Ротор высокооборотной электрической машины содержит вал, магнитную систему с постоянными магнитами и охватывающую их по наружной поверхности цилиндрическую немагнитную обойму, удерживающую магнитную систему от центробежных перемещений. Вал имеет сечение в форме правильного многоугольника, на месте вершин которого выполнены прямоугольные пазы, стенки пазов параллельны плоскостям их симметрии, проходящим через ось вращения ротора. Немагнитная обойма имеет выступы на ее внутренней цилиндрической поверхности, которые располагаются в пазах вала без зазоров. При работе конструкции на повышенных частотах вращения боковыми гранями выступов осуществляется центрирование перемещений обоймы и магнитов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к области электромашиностроения, и может быть использовано при проектировании электрических машин различного назначения.

Известен ряд сборных конструкций роторов электрических машин с постоянными магнитами. Наиболее распространенные конструкции содержат вал, магнитную систему из постоянных магнитов, ферромагнитные детали магнитопровода для замыкания магнитного потока (при необходимости), пусковые и демпферные обмотки (при необходимости) [Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. М.: «Высшая школа», 1990, стр.77, рис.2.20, 2.22]. Известные конструкции роторов с постоянными магнитами обеспечивают высокие энергетические характеристики электрических машин, в особенности при использовании редкоземельных постоянных магнитов, и обладают достаточной надежностью при невысоких скоростях вращения. Однако для работы на повышенных частотах вращения в большинстве конструкций роторов требуется применение крепежных деталей из немагнитного, как правило, материала, предохраняющих ротор от разрушения центробежными силами при вращении.

Наиболее близким к изобретению устройством является ротор по [Осин И.Л., Шакарян Ю.Г. Электрические машины. Синхронные машины. М.: «Высшая школа», 1990, стр.174, рис.9.1(б)], который содержит вал, постоянные магниты и охватывающий их по наружной поверхности бандаж из немагнитной стали. Для закрепления магнитов на валу в подобных конструкциях широко используется клей. Данная конструкция является простой, технологичной и надежной при невысоких частотах вращения, однако при работе на повышенных частотах вращения надежность конструкции снижается ввиду того, что центробежные усилия, действующие на постоянные магниты, вызывают их радиальные перемещения и, таким образом, изменение первоначальных размеров конструкции. Это происходит по причине того, что адгезионные свойства клея не обеспечивают с достаточной надежностью удержание магнитов на валу при действии на магниты центробежных усилий, и под давлением радиально перемещающихся магнитов происходит упругое растяжение обоймы с образованием зазоров в магнитной системе, что может привести к несоосности обоймы и вала и к дисбалансу ротора. Последнее существенно снижает ресурс электрической машины и ее надежность.

Техническим результатом, которого можно достичь при использовании изобретения, является улучшение показателей надежности и технологичности, а также улучшение энергетических характеристик электрической машины за счет дальнейшего повышения ее частоты вращения.

Технический результат достигается за счет того, что в роторе высокооборотной электрической машины, содержащем вал, магнитную систему с постоянными магнитами и цилиндрическую немагнитную обойму, удерживающую магнитную систему от центробежных перемещений, вал имеет сечение правильного многоугольника, на месте вершин которого выполнены прямоугольные пазы, при этом стенки пазов параллельны плоскостям их симметрии, проходящим через ось вращения ротора, а обойма имеет ответные выступы на ее внутренней цилиндрической поверхности, которые располагаются в пазах вала без зазоров (фиг.1). При работе конструкции на повышенных частотах вращения под действием центробежных усилий выступы обоймы могут перемещаться только в радиальном направлении вдоль стенок паза, в тангенциальном направлении перемещения отсутствуют, т.е. выполняется центрирование перемещений. За счет отсутствия перемещений в тангенциальном направлении зазоры, образующиеся при радиальном перемещении магнитов, для всех полюсов равны. Таким образом, баланс вращающихся масс ротора, обеспеченный при сборке конструкции, не нарушается при выходе ротора на повышенную частоту вращения и последующей его остановке и сохраняется в течение всего срока службы электрической машины. Следовательно, улучшаются условия работы подшипниковых опор и увеличивается вероятность безотказной работы электрической машины.

Также благодаря исключению возможности нарушения балансировки вращающихся масс исключаются и возможные ее последствия в виде неравномерного распределения по окружности цилиндрической части обоймы механических напряжений от центробежных усилий (образования концентраторов напряжений). В отсутствие выраженных концентраторов механических напряжений максимальные напряжения приближаются по модулю к средним, что ведет к наилучшему использованию крепежного материала и дает возможность дальнейшего повышения максимальной частоты вращения ротора при неизменных размерах электрической машины. Таким образом, решение позволяет также улучшить энергетические характеристики электрических машин.

Дополнительные возможности по улучшению энергетических характеристик машин дает вариант изобретения, содержащий вышеописанные особенности одновременно с посадкой обоймы с натягом на вал по опорным поверхностям (поверхности А на фиг.2). В этом случае увеличение наружного диаметра ротора, происходящее под воздействием центробежных усилий при максимальной частоте вращения, будет меньше на величину натяга по сравнению с основным вариантом изобретения. Стабильность размеров ротора в рабочем диапазоне частот вращения дает возможность выбрать воздушный зазор электрической машины меньшим, что ведет к некоторому увеличению магнитной энергии магнитной системы и, как следствие, увеличению мощности и перегрузочной способности электрической машины.

Технологичность данной конструкции может быть улучшена путем выполнения обоймы из пакета листов вместо заготовки цилиндрической формы (фиг.3). В этом случае возможно изготовление листов путем штамповки или лазерной резки, повышается точность выполнения внутренней поверхности обоймы, в т.ч. ее выступов, что ведет к упрощению сборки изобретения при сохранении им всех остальных его функций.

В варианте 1 изобретения (фиг.1) ротор содержит цилиндрическую с выступами на внутренней поверхности немагнитную обойму 1, охватывающую сборную многополюсную магнитную систему из постоянных магнитов 2, и вал 3, который имеет сечение в форме правильного многоугольника, на месте вершин которого выполнены прямоугольные пазы, при этом стенки пазов параллельны плоскостям их симметрии, проходящим через ось вращения ротора, а обойма 1 имеет ответные выступы на ее внутренней цилиндрической поверхности, которые располагаются в пазах вала 3 без зазоров.

Вариант 2 изобретения (фиг.2) имеет конструкцию, аналогичную варианту 1, и отличается тем, что немагнитная обойма 1, охватывающая сборную многополюсную магнитную систему из постоянных магнитов 2, имеет посадку с натягом по поверхностям А на вал 3.

Вариант 3 изобретения (фиг.3) имеет конструкцию, аналогичную варианту 1, и отличается тем, что немагнитная обойма 1 набрана в виде шихтованного пакета листов.

Устройство может быть использовано в электрических машинах различного назначения.

1. Ротор высокооборотной электрической машины, содержащий вал, магнитную систему с постоянными магнитами и охватывающую их по наружной поверхности цилиндрическую немагнитную обойму, отличающийся тем, что вал имеет сечение в форме правильного многоугольника, на месте вершин которого выполнены прямоугольные пазы, при этом стенки пазов параллельны плоскостям их симметрии, проходящим через ось вращения ротора, а обойма имеет ответные выступы на ее внутренней цилиндрической поверхности, которые располагаются в пазах вала без зазоров.

2. Ротор высокооборотной электрической машины по п.1, отличающийся тем, что немагнитная обойма имеет посадку на вал с натягом по специально предусмотренным опорным поверхностям.

3. Ротор высокооборотной электрической машины по п.1, отличающийся тем, что немагнитная обойма набрана в виде пакета листов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения системы генерирования электроэнергии, снабженной электрогенератором с возбуждением от постоянных магнитов.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при проектировании источников питания, выполненных на основе механоэлектрических систем генерирования, применяемых в летательных аппаратах и других автономных объектах.

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, в частности к бесконтактным синхронным электрическим машинам переменного тока с постоянными магнитами на роторе.

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, а именно к генераторам электрической энергии автономных источников питания. .

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам с бесконтактной коммутацией, осуществляемой с помощью полупроводниковых элементов, и может быть использовано в высокоскоростных электродвигателях постоянного тока для малогабаритных электроприводов, например в приборостроении, стоматологической технике, электроинструменте при повышенных требованиях к энергетическим показателям и динамическим характеристикам при разгоне и торможении.

Изобретение относится к области электротехники и горнорудному оборудованию, а именно к шаровым трубным мельницам помола различной руды. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромашиностроению, и может быть использовано при проектировании высокооборотных электрических машин.

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения саморегулируемых генераторов с постоянными магнитами. .

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано при проектировании синхронных высокооборотных двигателей и генераторов.

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения магнитно-силовых ротационных устройств. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в бензоэлектрических агрегатах и автономных электротехнических комплексах. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в обеспечении конденсаторного самовозбуждения предлагаемого генератора при работе в автономном режиме и снижении искажений напряжения при подключении несимметричной нагрузки.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к синхронным электродвигателям с реактивным ротором, и может быть применено в электромеханических системах с большими скоростями вращения, например в компрессоростроении.

Изобретение относится к области электротехники и касается изготовления роторов электрических машин. Предложен способ изготовления ротора (14) для электрической машины (13), включающий следующие стадии его осуществления: а) изготовление магнитного элемента (8) посредством склеивания друг с другом постоянных магнитов (1, 1', 1", 1'") с помощью первого клея, при этом каждый постоянный магнит (1, 1', 1", 1'") имеет одну сторону (2) с магнитным северным полюсом (N) и одну сторону (3) с магнитным южным полюсом (S), при этом постоянные магниты (1, 1', 1", 1'") при склеивании расположены так, что стороны магнитных северных полюсов (N) или стороны магнитных южных полюсов (S) образуют общую нижнюю сторону (3, 3', 3", 3'") магнитного элемента (8), при этом первый клей в затвердевшем состоянии имеет твердую консистенцию; b) склеивание нижней стороны магнитного элемента (8) с ярмом (12) с помощью второго клея, при этом второй клей в затвердевшем состоянии является мягким и эластичным, что исключает разрыв второго клея при повышении температуры расширения магнитного элемента (8) и ярма (12).

Изобретение относится к области электротехники, а именно - к электродвигателям с большим отношением длины к диаметру, и может быть использовано при конструировании электродвигателей, используемых в качестве привода в погружных насосных установках для добычи пластовой жидкости из скважин.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам. Предлагается электрическая машина с радиально-щелевым охлаждением в листовом пакете (12) статора и листовом пакете (7) ротора, причем основной поток охлаждающего воздуха с двух сторон по оси направляется в листовой пакет (7) ротора и радиально через щели листового пакета (7) ротора и листового пакета (12) статора.

Изобретение относится к области электротехники, а точнее - к синхронным реактивным двигателям, применяемым в качестве тихоходных силовых электродвигателей. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в улучшении пусковых свойств синхронного реактивного двигателя с электромагнитной редукцией, повышении коэффициента использования его объема и уменьшении трудоемкости изготовления предлагаемого двигателя при большом числе пазов статора.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам. Предлагаемая электрическая машина содержит статор (1) и роторный вал (3), установленный относительно статора (1) с возможностью вращения вокруг оси (5) вала, так что ось (5) вала определяет осевое направление, радиальное направление и тангенциальное направление.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к индукторным сегментным генераторам, и касается особенностей конструктивного выполнения генераторов, содержащих радиальные спицеобразные роторные элементы, то есть к таким индукторным генераторам, в качестве роторных элементов которых выступает колесо со спицами, например к генераторам велосипедов, мотоциклов, автомобилей и т.д.

Изобретение относится к области электротехники, в частности - к электрическим машинам с поперечным магнитным потоком. Предлагаемая электрическая машина с поперечным магнитным потоком содержит, по меньшей мере, три фазы, каждая из которых образована сердечником статора и обмотками.

Изобретение относится к области электротехники и касается электрических машин, в частности - синхронных генераторов индукторного типа, применяемых, например, в автотракторном электрооборудовании.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструкции статора трехфазного асинхронного двигателя (АД) малой мощности с круговым магнитным полем. Технический результат - улучшение электрических и магнитных свойств статора АД и повышение за счет этого его энергетических показателей, а также упрощение технологии изготовления статора и уменьшение его материалоемкости. Предлагаемый статор выполнен явнополюсным, но его явновыраженные полюса не имеют обмоток и зубцовой зоны. Трехфазная обмотка статора, создающая симметричную систему фазных МДС, выполнена сосредоточенной, в виде катушек, и размещается на радиальных выступах (полюсах) торцового сердечника, расположенного у одного из торцов статора перпендикулярно оси АД с центральным отверстием для вала. Полюса торцового сердечника с обмотками замыкаются магнитно с полюсами статора стальными пакетами-стержнями. Новым в конструкции статора является то, что элементы его магнитопровода вместе с сердечником ротора образуют симметричную многофазную магнитную цепь, соединенную звездой с двумя узловыми «точками»: в торцовом сердечнике статора и в роторе. В фазах такой симметричной магнитной цепи под действием симметричной системы МДС возникает система фазных магнитных потоков, симметричная в пространстве и во времени (по фазе). При их сложении образуется круговое вращающееся магнитное поле статора, а узловые «точки» магнитной цепи имеют нулевой магнитный потенциал, в связи с чем фазные магнитные потоки статора преодолевают воздушный зазор только один раз в прямом направлении: полюс статора - воздушный зазор - сердечник ротора и имеют только нормальную (радиальную) составляющую вектора магнитной индукции. Обратный поток и тангенциальные составляющие вектора индукции в спинке ротора отсутствуют. 6 ил.
Наверх