Ротор для электрической машины
Изобретение касается ротора для электрической машины, возбуждаемой постоянными магнитами, в частности для электрической машины большой мощности. Технический результат заключается в повышении надёжности крепления магнитов на корпусе ротора без применения винтовых соединений. Ротор имеет вращающийся вокруг оси вращения ротора корпус ротора. На корпусе ротора расположены постоянные магниты. Корпус ротора имеет проходящие в направлении оси вращения ротора выемки. Выемки выполнены так, что на корпусе ротора образуются проходящие в направлении оси вращения ротора направляющие. Постоянные магниты удерживаются на корпусе ротора направляющими в радиальном направлении и в направлении вращения ротора. Ротор для фиксации постоянных магнитов в направлении оси вращения ротора в осевой концевой области каждой направляющей имеет запорное устройство. Запорное устройство выполнено так, что при движении подвижного элемента запорное устройство создает соединение запорного устройства с корпусом ротора с геометрическим замыканием или с силовым замыканием. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 10 ил.
Изобретение касается ротора для электрической машины. У электрических машин, таких как, например, возбуждаемые постоянными магнитами электрические генераторы или электродвигатели, в частности, когда эти машины обладают большой электрической мощностью (более 1 МВ), большую технологическую трудность представляет собой крепление постоянных магнитов на корпусе ротора. До сих пор постоянные магниты крепились на корпусе ротора винтовыми соединениями. Однако для винтовых соединений требуется большое количество сверлений, проходящих через корпус ротора в радиальном направлении. Но через сверления с наружной стороны корпуса ротора на внутреннюю сторону или наоборот могут попадать частицы грязи или при известных обстоятельствах вредные жидкости или газы.
Из EP 1 922 801 B1 известен ротор электродвигательного привода клапанов.
Из US 5 914 552 A известен ротор для электрической машины, причем этот ротор имеет постоянные магниты, которые посредством удерживаемой направляющей промежуточной детали фиксируются в радиальном и в окружном направлении.
Задачей изобретения является создать ротор для электрической машины, у которого постоянные магниты надежно удерживаются на корпусе ротора, и у которого больше нет необходимости в проходящих через корпус ротора сверлениях для крепления постоянных магнитов на корпусе ротора.
Эта задача решается с помощью ротора для электрической машины, причем этот ротор имеет вращающийся вокруг оси вращения ротора корпус ротора, при этом на корпусе ротора расположены постоянные магниты, при этом корпус ротора имеет проходящие в направлении оси вращения ротора выемки, причем эти выемки выполнены таким образом, что образуются проходящие в направлении оси вращения ротора направляющие на корпусе ротора, при этом постоянные магниты направляющими в радиальном направлении и в направлении вращения ротора удерживаются на корпусе ротора, при этом ротор для фиксации постоянных магнитов в направлении оси вращения ротора в осевой концевой области каждой направляющей имеет запорное устройство, при этом запорное устройство направляющими в радиальном направлении и в направлении вращения ротора удерживается на корпусе ротора, при этом запорное устройство имеет передвигаемый подвижный элемент, при этом запорное устройство выполнено таким образом, что при движении подвижного элемента запорное устройство создает соединение запорного устройства с корпусом ротора с геометрическим замыканием или с силовым замыканием, при этом корпус ротора в осевой концевой области каждой направляющей имеет проходящее в радиальном направлении ротора углубление, при этом запорное устройство имеет блокировочный элемент, при этом запорное устройство выполнено таким образом, что при движении подвижного элемента блокировочный элемент движется в углубление, и таким образом создается соединение с геометрическим замыканием.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения содержатся в зависимых пунктах формулы изобретения.
Оказывается предпочтительным, если передвигаемый подвижный элемент выполнен в виде вращаемого вращающегося элемента, при этом запорное устройство выполнено таким образом, что при вращательном движении вращающегося элемента запорное устройство создает соединение запорного устройства с корпусом ротора с геометрическим замыканием или с силовым замыканием. Благодаря этому может реализовываться запорное устройство особенно простой конструкции.
Кроме того, оказывается предпочтительным, если вращающийся элемент выполнен в виде винта, так как тогда вращающийся элемент выполнен особенно просто.
Кроме того, оказывается предпочтительным, если запорное устройство имеет клинообразно выполненный смещающийся элемент, при этом передвигаемый подвижный элемент выполнен в виде вращаемого вращающегося элемента, при этом запорное устройство выполнено таким образом, что при вращательном движении вращающегося элемента смещающийся элемент в осевом направлении вращающегося элемента смещается к блокировочному элементу, и вследствие смещения блокировочный элемент движется в углубление. Благодаря этому создается надежное запорное устройство особенно простой конструкции.
Электрическая машина предпочтительно выполнена в виде электродвигателя или генератора, в частности в виде ветроэлектрического генератора, и предпочтительно имеет электрическую мощность более 1 МВ. Ветроэлектрический генератор может быть, в частности, выполнен в виде ветроэлектрического генератора с непосредственным приводом.
Примеры осуществления изобретения изображены на чертеже и ниже поясняются подробнее. При этом показано:
фиг.1: электрическая машина в схематичном изображении;
фиг.2: предлагаемый изобретением ротор электрической машины;
фиг.3: детальный вид предлагаемого изобретением ротора;
фиг.4, 5: первый пример осуществления запорного устройства;
фиг.6: блокировочный элемент;
фиг.7: смещающийся элемент;
фиг.8, 9, 10: запорное устройство по примеру осуществления запорного устройства при запирании направляющих в трех разных положениях.
На фиг.1 в схематизированном изображении изображена электрическая машина 1. Электрическая машина 1 имеет установленный с возможностью вращения вокруг оси R вращения ротор 2. Ротор 2 имеет вращающийся вокруг оси R вращения корпус 4 ротора (см. фиг.2). Корпус 4 ротора может быть при этом выполнен массивным или состоять из металлических листов, расположенных последовательно в направлении оси R вращения ротора 4. Кроме того, корпус 4 ротора может быть также выполнен сегментированно. Корпус ротора состоит предпочтительно из обладающего магнитной проводимостью материала. Внутри машины 1 расположен неподвижно установленный статор 3, который на фиг.1 сильно схематизированно изображен в виде цилиндра. Статор 3 для создания магнитного поля имеет электрические катушки, не изображенные на фиг.1 для наглядности и потому, что это несущественно для понимания изобретения. Между ротором 2 и статором 3 находится зазор 18, который на фиг.1 для наглядности изображен шире, чем в реальности. При работе машины 1 ротор 2 вращается в направлении T вращения вокруг статора 3. В этом примере осуществления электрическая машина 1 выполнена в виде генератора для генерирования электрической энергии. Однако электрическая машина 1 может быть также выполнена в виде электродвигателя.
На фиг.2 и 3 схематизированно изображен ротор 2, при этом на фиг.3 показан проходящий в направлении оси R вращения детальный вид ротора 2. Ротор 2 имеет вращающийся вокруг оси R вращения корпус 4 ротора, при этом на корпусе 4 ротора расположены постоянные магниты. Для наглядности на фиг.2 снабжены ссылочными обозначениями только два постоянных магнита 5a и 5b. При этом следует заметить, что на фиг.3 одинаковые элементы снабжены такими же ссылочными обозначениями, что и на фиг.2.
Корпус 4 ротора имеет проходящие в направлении оси R вращения ротора 2 выемки, при этом для наглядности снабжены ссылочным обозначением только две выемки 7 и 7'. При этом выемки выполнены в окружной поверхности и в этом примере осуществления во внутренней поверхности корпуса 4 ротора и имеют предпочтительно форму пазов. Выемки расположены по периметру корпуса 4 ротора и проходят в направлении оси R вращения. Выемки выполнены таким образом, что на корпусе 4 ротора образуются проходящие в направлении оси R вращения ротора 2 направляющие. При этом выемки имеют такую форму, что образуются в каждом случае углубления 7a и 7b. Углубления 7a и 7b, вместе взятые, образуют направляющую для направления постоянных магнитов и запорного устройства 6. Постоянные магниты имеют с одной стороны соответствующую направляющим форму и для монтажа ротора вводятся в направляющие в направлении оси R вращения. Постоянные магниты удерживаются направляющими в радиальном направлении F (см. фиг.1) и в направлении оси R вращения на корпусе 4 ротора. После ввода в направляющие они могут двигаться, т.е., точнее выражаясь, смещаться только лишь в направлении оси R вращения. Следует заметить, что на фиг.2 и 3 для наглядности изображено состояние, в котором при монтаже ротора 2 в данный момент только одна отдельная выемка 7' укомплектована постоянным магнитом. По завершении монтажа ротора 2 все выемки укомплектованы постоянными магнитами.
Ротор 2 для фиксации постоянных магнитов в направлении оси R вращения в осевой концевой области 11 каждой направляющей имеет запорное устройство 6. Разумеется, постоянный магнит не обязательно должен с одной стороны иметь соответствующую каждой направляющей форму, а может быть также, например, смонтирован на пластине, которая имеет форму, соответствующую направляющей.
Запорное устройство 6 удерживается направляющими в радиальном направлении F и в направлении T вращения ротора 2 на корпусе 4 ротора и при этом в незапертом состоянии может двигаться, т.е., точнее выражаясь, смещаться только в направлении оси R вращения. Запорное устройство 6 имеет два боковых кармана 10a и 10b, которые имеют форму, соответствующую углублениям 7a и 7b, так что запорные устройства могут вводиться в направляющие. Запорные устройства препятствуют тому, чтобы удерживаемые направляющими в направлении оси R вращения и в радиальном направлении F постоянные магниты при вращении ротора двигались в направлении оси R вращения из направляющих.
В запертом состоянии запорные устройства в направляющих в направлении оси R вращения неподвижны и запирают, таким образом, направляющие и фиксируют постоянные магниты в направлении оси R вращения, так что больше невозможен выход постоянных магнитов из направляющих и вместе с тем из корпуса 4 ротора. Подвижный элемент 9 выполнен в виде передвигаемого снаружи, т.е. пользователем, извне запорного устройства 6 подвижного элемента, при этом запорное устройство 6 выполнено таким образом, что при движении подвижного элемента 9 запорное устройство 6 создает соединение запорного устройства 6 с корпусом 4 ротора с геометрическим или с силовым замыканием. Подвижный элемент 9 в этом примере осуществления выполнен в виде вращаемого снаружи, т.е., например, пользователем, извне запорного устройства 6 вращающегося элемента 9, при этом запорное устройство 6 выполнено таким образом, что при вращательном движении вращающегося элемента 9 запорное устройство 6 создает соединение запорного устройства 6 с корпусом 4 ротора с геометрическим или с силовым замыканием. Вращающийся элемент 9 при этом предпочтительно выполнен в виде винта.
Как изображено на фиг.2, выемки и вместе с тем направляющие проходят не полностью в направлении оси R вращения через весь корпус 4 ротора, а заканчиваются на небольшом расстоянии перед осевым концом E корпуса 4 ротора. Благодаря остающемуся на осевом конце E материалу корпуса 4 ротора постоянные магниты зафиксированы от смещения в направлении оси R вращения в направлении осевого конца E. Но это не обязательно должно быть так, а выемки и вместе с тем направляющие могут также проходить в направлении оси R вращения через весь корпус 4 ротора, причем в этом случае в обеих осевых концевых областях направляющих всегда имеется запорное устройство для фиксации постоянных магнитов в направляющих. То есть в этом случае в обеих осевых концевых областях направляющей всегда имеется запорное устройство для запирания направляющей.
На фиг.4 и 5 изображен первый пример осуществления запорного устройства 6 в схематизированном изображении. На фиг.4 схематизированно показан вид в перспективе запорного устройства 6, а на фиг.5 - вид спереди запорного устройства 6. При этом одинаковые элементы на фиг.4 и 5 снабжены одинаковыми ссылочными обозначениями. Запорное устройство 6 имеет основную часть 20, которая имеет два боковых кармана 10a и 10b, соответствующих форме направляющих. Кроме того, запорное устройство 6 имеет вращающийся элемент 9, который в этом примере осуществления выполнен в виде винта. Вращающийся элемент 9 доступен снаружи и может, таким образом, вращаться снаружи, т.е., например, пользователем, извне запорного устройства 6. Кроме того, запорное устройство 6 имеет клинообразно выполненный смещающийся элемент 12, который на фиг.7 изображен в перспективе, и изображенный на фиг.6 в перспективе блокировочный элемент 13, который с одной стороны имеет наклонную поверхность 21. Когда вращающийся элемент 9 вращается, смещающийся элемент 12 в осевом направлении A вращающегося элемента 9 смещается к блокировочному элементу 13, при этом вследствие смещения смещающийся элемент 12 прижимается к блокировочному элементу 13, из-за чего блокировочный элемент 13 движется в расположенное в осевой концевой области 11 направляющих, проходящее в радиальном направлении F ротора 2 углубление, и таким образом создается соединение запорного устройства 6 с корпусом 4 ротора с геометрическим замыканием. Блокировочный элемент 13 движется при вращении вращающегося элемента 9 в соответствующее углубление. На фиг.2 и на фиг.8-10 для наглядности только одно углубление 8 снабжено ссылочным обозначением.
На фиг.8, 9 и 10 изображены основные элементы запорного устройства 6 в схематизированном изображении в различных состояниях. На фиг.8 смещающийся элемент 12 не выдвинут из запорного устройства 6. На фиг.9 смещающийся элемент 12 наполовину выдвинут из запорного устройства 6, а на фиг.10 смещающийся элемент 12 полностью выдвинут из запорного устройства 6. При этом на фиг.8, 9 и 10 на верхнем изображении в каждом случае изображен детальный вид в перспективе корпуса 4 ротора. На изображенных на фиг.8, 9 и 10 слева иллюстрациях запорное устройство 6 изображено на виде сбоку, а в середине справа и в самом низу изображен вид сбоку, а также вид спереди запорного устройства 6, при этом основная часть 20 для наглядности не изображена.
В этом примере осуществления электрическая машина 1 выполнена в виде так называемого внешнего ротора, т.е. ротор 2 при работе электрической машины 1 вращается вокруг установленного неподвижно в центре машины статора 3. Постоянные магниты при этом расположены на внутренней окружной поверхности корпуса 4 ротора. Но электрическая машина 1 может быть также выполнена в виде так называемого внутреннего ротора, т.е. неподвижно установленный статор расположен вокруг ротора, установленного с возможностью вращения в центре электрической машины 1. При исполнении электрической машины в виде внутреннего ротора постоянные магниты и направляющие, а также запорные устройства расположены на наружной окружной поверхности корпуса 4 ротора.
1. Ротор электрической машины (1), причем ротор (2) имеет вращающийся вокруг оси (R) вращения ротора (2) корпус (4) ротора, при этом на корпусе ротора расположены постоянные магниты (5a, 5b), при этом корпус (4) ротора имеет проходящие в направлении оси (R) вращения ротора (2) выемки (7, 7'), причем выемки (7, 7') выполнены таким образом, что на корпусе (4) ротора образуются проходящие в направлении оси (R) вращения ротора (2) направляющие (7a, 7b), при этом постоянные магниты (5a, 5b) удерживаются на корпусе (4) ротора направляющими (7a, 7b) в радиальном направлении (F) и в направлении (T) вращения ротора (2), причем ротор (2) для фиксации постоянных магнитов (5a, 5b) в направлении оси (R) вращения ротора (2) в осевой концевой области (11) каждой направляющей (7a, 7b) имеет запорное устройство (6, 6'), причем запорное устройство (6, 6') удерживается на корпусе (4) ротора направляющими в радиальном направлении (F) и в направлении (T) вращения ротора (2), при этом запорное устройство (6) имеет передвигаемый подвижный элемент (9, 9'), при этом запорное устройство (6, 6') выполнено таким образом, что при движении подвижного элемента (9, 9') запорное устройство (6, 6') создает соединение запорного устройства (6, 6') с корпусом (4) ротора с геометрическим замыканием или с силовым замыканием, причем корпус (4) ротора в осевой концевой области (E) каждой направляющей (7a, 7b) имеет проходящее в радиальном направлении (F) ротора (2) углубление (8), причем запорное устройство (6) имеет блокировочный элемент (13), при этом запорное устройство (6) выполнено таким образом, что при движении подвижного элемента (7a, 7b) блокировочный элемент (13) движется в углубление (8), и таким образом создается соединение с геометрическим замыканием.
2. Ротор по п.1, отличающийся тем, что передвигаемый подвижный элемент (9, 9') выполнен в виде вращаемого вращающегося элемента (9, 9'), при этом запорное устройство (6) выполнено таким образом, что при вращательном движении вращающегося элемента (9, 9') запорное устройство (6) создает соединение запорного устройства (6) с корпусом (4) ротора с геометрическим замыканием или с силовым замыканием.
3. Ротор по п.2, отличающийся тем, что вращающийся элемент (9, 9') выполнен в виде винта.
4. Ротор по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что запорное устройство (6) имеет клинообразно выполненный смещающийся элемент (12), при этом передвигаемый подвижный элемент (9) выполнен в виде вращаемого вращающегося элемента (9), при этом запорное устройство (6) выполнено таким образом, что при вращательном движении вращающегося элемента (9) смещающийся элемент (12) в осевом направлении (A) вращающегося элемента (9) смещается к блокировочному элементу (13), и вследствие смещения блокировочный элемент (13) движется в углубление (8).
5. Электрическая машина, причем машина (1) выполнена в виде электродвигателя или генератора и имеет ротор (2) по одному из пп.1-4.
