Ротор высокоскоростной электрической машины

 

О П И С А Н И Е ()773835

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 02.04.79 (21) 274Ь691/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М.К.

Н 02 К 1/22

Н 02 К 21/02

Гееударстаенный комитет

СССР (53) УДК 621.313. .323 (088.8) Опубликовано 23.10.80. Бюллетень № 39

Дата опубликования описания 27.10.80 ло делам изобретений и открытий

Н. П. Адволоткин, А. П. Капустин и А. С. Финйн .«3 (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) РОТОР ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОИ МАШИНЫ

Изобретение относится к высокоскоростным электрическим машинам с относительно большим немагнитным зазором, например синхронным и вентильным машинам с постоянными магнитами на роторе, и может быть использовано в электроприводах турбокомпрессоров, центрифуг и устройств развертки световых лучей.

Известен ротор, содержащий индуктор в в виде постоянного магнита, насаженного на вал (1). Постоянный магнит может быть выполнен цилиндрическим (двухполюсным 1о или многополюсным) и в виде многополюсной «звездочки».

Недостаток известной конструкции заключается в сравнительно низкой окружной скорости ротора (до 40-60 м/с) ввиду низкой прочности магнита.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ротор высокоскоростной электрической машины, в котором постоянный магнит запрессован в упрочненную оболочку (2) . Окружная скорость ротора при этом достигает 140-200 м/с.

Недостаток такого ротора заключается в наличии больших аэродинамических потерь, вызванных трением бочки ротора о воздух.

Это приводит к сильному нагреву ротора, за счет чего уменьшается КПД машины, уменьшается максимально допустимая температура окружающей среды, поскольку максимальная рабочая температура магнитов с высокой удельной магнитной энергией, таких как соединение ЬгпСоз, не превышает 200 С. Кроме того, сильный нагрев ротора приводит к уменьшению срока службы шарикоподшипниковых узлов и в случае использования газовых опор может вызвать заклинивание ротора ввиду малости зазора в опорах.

Известные системы охлаждения двигателя, обеспечивающие продув воздуха через зазор машины, либо за счет установки вентилятора, либо за счет применения компрессора, сложны, требуют дополнительных затрат энергии, что еще более уменьшает КПД машины, и увеличивают габариты и массу машины.

Целью настоящего изобретения является повышение КПД путем уменьшения аэродинамических потерь и нагрева ротора.

Указанная цель достигается тем, что ротор высокоскоростной электрической машины, содержащий закрепленную на валу глад773835

Формула изобретения

Составитель Ф. Подольская

Редактор М. Ликович Техред К. Шуфрич Корректор В. Бутяга

Заказ 7524/74 Тираж 783 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 кую бочку, имеющую. активную часть, например постоянный магнит, снабжен тонкостенным цилиндром из диэлектрического материала, расположенным концентрично бочке ротора с зазором и связанным с валом посредством, по меньшей мере, одного подшипникового узла.

На чертеже представлен предлагаемый ротор.

Ротор высокоскоростной электрической машины содержит гладкую бочку 1 с активной частью в виде постоянного магнита 2, 1о закрепленную на валу 3. Постоянный магнит 2 заключен в упрочняющее кольцо 4.

Ротор снабжен тонкостенным цилиндром 5 из диэлектрического материала, расположенным концентрично бочке 1 ротора с некоторым воздушным зазором. Цилиндр 5 закреп19 лен на валу 3 с помощью подшипникового узла 6, и таким образом имеет возможность вращаться относительно бочки ротора. На торце бочки ротора размещена балансировочно-крепежная шайба 7.

Суть технического эффекта, заключающегося в уменьшении аэродинамических потерь, вызванных трением бочки ротора о воздух, объясняется следующим образом.

При вращении бочки ротора на тонкостенный цилиндр 5 из диэлектрического материала действуют следующие моменты сил относительно оси вращения: аэродинамический движущий момент от сил трения воздуха о внутреннюю поверхность цилиндра 5, перемещающегося под действием трения о него бочки ротора; аэродинамический тормозной момент от сил трения о воздух наружной. поверхности цилиндра 5; момент трения в подшипниковом узле 6, также являющийся тормозным.

При равенстве двигательного и тормозного моментов значение частоты вращения цилиндра 5 составляет половину от величины частоты вращения бочки ротора. Если учесть, что величины аэродинамических моментов примернб равны, а значение момента трения в подшипниках составляет ориентировочно 10о о от аэродинамического момента, величина частоты вращения цилиндра составит примерно 0,4 от частоты вращения бочки ротора. Известно, что аэродинамические потери в электрических машинах с гладким ротором пропорциональны кубу относительной скорости между вращающейся и неподвижной (или вращающейся с другой скоростью) частями электрической машины.

В предлагаемой конструкции ротора аэродинамические потери, являющиеся преобладающими в высокоскоростных машинах, существенно ниже в сравнении с известным ротором. А это обеспечит уменьшение нагрева и увеличение КПД машины. Кроме того, благодаря малым потерям в роторе отсутствует необходимость продува охладителя через машину, что существенно упрощает ее конструкцию.

Ротор высокоскоростной электрической машины, содержащий закрепленную на валу гладкую бочку, имеющую активную часть, например постоянный магнит, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД путем уменьшения аэродинамических потерь и нагрева ротора, он снабжен тонкостенным цилиндром из диэлектрического материала, расположенным концентрично бочке ротора с зазором и связанным с валом посредством, по меньшей мере, одного подшипникового узла.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании № 985210 кл Н 2А 1965

2. Реферативный журнал «Электротехника и энергетика». Сводный том, № 5, 1977, реф. 5К89.