Ротор электрической машины

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к использованию в конструкциях вентильных электродвигателей и генераторов. Технический результат изобретения заключается в том, что упрощается процесс изготовления ротора, выравниваются основные рабочие потоки, повышаются прочностные характеристики ротора, а также упрощается технология сборки ротора. Указанный технический результат достигается путем того, что листы ротора имеют внутреннюю кольцевую зубчатую форму, предусмотрены немагнитная втулка и вкладыши, которые установлены ближе к центру ротора, на них опираются магниты ротора, введена магнитопроводящая перемычка с насыщением от постоянных магнитов ротора, в ней размещены соединяющие листы шпильки из магнитного материала. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам с постоянными магнитами на роторе, и может быть использовано, например, в вентильных электродвигателях и генераторах, а также в синхронных электрических машинах.

Известны роторы электрических машин, содержащие вал с расположенной на нем переменно-полюсной магнитной системой, состоящей из тангенциально намагниченных постоянных магнитов, обращенных друг к другу одноименными полюсами, и расположенных между ними клиновидных магнитопроводов, укрепленных на немагнитной втулке, напрессованной на вал [1].

Недостатками таких роторов являются низкие энергетические показатели электрической машины, обусловленные существенными потерями в сплошных (нешихтованных) клиновидных магнитопроводах, сложность конструкции, заключающаяся в необходимости жесткого крепления в ней клиновидных магнитопроводов.

Известны роторы электрических машин без первого из вышеуказанных недостатков. Для этого в магнитной системе предусмотрен шихтованный магнитопровод в виде пакетов клиновидных пластин, между которыми помещены тангенциально намагниченные постоянные магниты. Клиновидные пластины и пакеты клиновидных пластин скреплены между собой либо шпильками, либо путем заливки алюминием отверстий, выполненных в клиновидных пластинах [2].

Недостатком описанных роторов является их низкая прочность, обусловленная пониженной прочностью на изгиб клиновидных шихтованных магнитопроводов, их слабой механической взаимосвязью между собой. В случае крепления клиновидных магнитопроводов с помощью заливки имеет место прорезание заливки отдельными пластинами и их выпучивание, что исключает применение данной конструкции при больших линейных скоростях ротора.

Известна конструкция ротора, лишенная указанного недостатка. Магнитопровод такого ротора выполнен из цельных пластин с прямоугольными пазами, в которые помещены тангенциально намагниченные постоянные магниты, образующие переменно-полюсную систему [3].

Недостаток данной конструкции ротора заключается в низкой перегрузочной способности и в большом внутриполюсном рассеянии.

Наиболее близким по технической сущности является решение, в котором с целью увеличения перегрузочной способности ротора и увеличения его рабочего магнитного потока за счет увеличенного магнитного сопротивления потокам рассеяния выполнены радиально направленные прорези [4].

Недостаток известного ротора заключается в конструктивной сложности, а также в несимметрии магнитной цепи по углу поворота ротора. Это объясняется наличием несимметричного расположения магнита по осям симметрии ротора. Эта асимметрия в расположении магнитов ротора затрудняет применение простого попазового штампа и приводит к модуляции рабочего потока по углу поворота ротора, что затрудняет применение данной конструкции ротора в вентильных электрических машинах, управляемых по положению вектора магнитного потока ротора.

Кроме того, в участках магнитопровода, расположенных между пазами, в которых выполнены радиально направленные прорези, возникают избыточные механические перенапряжения, приводящие к снижению прочностных характеристик ротора.

Листы ротора, выполненные шихтованными, имеют внутреннюю кольцевую зубчатую форму и примыкают этой стороной зубчатой формы к немагнитной втулке, число зубцов которой равно числу зубцов ротора, соответствующее числу полюсов ротора (Z = 2p₂), причем зубцы внутренней немагнитной втулки расположены по осям прямоугольных пазов роторных листов, в которые вкладываются тангенциально намагниченные полюса, опирающиеся на немагнитные вкладыши, расположенные в нижней части листа ротора и имеющие в тангенциальном направлении размеры, превышающие размеры магнита ротора в том же направлении, причем между вкладышами как в тангенциальном, так и в радиальном направлении предусмотрены магнитопроводящие перемычки, которые составляют величину, достаточную для размещения соединяющей листы шпильки из немагнитного материала и насыщаемые постоянными магнитами ротора. Магнит ротора крепится за счет зубца листа ротора и немагнитного клина, выполненного, например, в виде "ласточкина хвоста", причем толщина немагнитного клина h_st не превышает 0,1L_m, где L_m - толщина постоянного магнита в тангенциальном направлении. В результате процесс изготовления ротора и технология его сборки становятся проще, основные рабочие потоки выравниваются, прочность ротора повышается с сохранением малых внутрироторных потоков рассеяния. Число соединяющих листы шпилек n, расположенных по оси зубцов ротора, может изменяться в зависимости от высоты магнита, причем число шпилек n 2, а магнитные перемычки между магнитными вкладышами не должны превышать 0,1 толщины магнита в тангенциальном направлении h_st 0,1L_m, h_k 0,1L_m, а толщина немагнитного вкладыша h_вк не должна превышать двойную длину магнита и не может быть меньше его длины 2L_m h_вк L_m. С целью скрепления листов между магнитами выполнены пуклевки на глубину толщины листа и длиной, равной высоте магнита, причем величина всех перемычек как в тангенциальном, так и в радиальном направлениях h_st не должна превышать 0,1 L_m длины магнита в тангенциальном направлении h_st 0,1L_m.

На фиг. 1 и фиг. 2 приведены две формы листов ротора: фиг. 1 - крепление листов за счет шпилек; фиг. 2 - крепление листов за счет пуклевок и шпилек.

Ротор содержит немагнитную втулку 1, имеющую на своей внешней поверхности Z зубцов, равных по величине числу полюсов ротора Z=2p₂, причем зубцы немагнитной втулки расположены по осям пазов ротора, в которые вкладываются тангенциально намагниченные магниты 2.

Шихтованный магнитопровод ротора 3, штампуемый из отдельных листов электротехнической стали, имеет пазы, в которые вкладываются магниты 2, опирающиеся на немагнитные вкладыши 4, размеры которых в тангенциальном направлении превышают длину магнита L_m в тангенциальном направлении на величину h 0,1L_m, а толщина немагнитного вкладыша h_вк не превышает двойной длины магнита и больше или равна длине магнита L_m, 2L_m h_вк L_m. По оси симметрии полюса A-A расположены шпильки 5 с числом n 2. Нижняя шпилька должна быть изготовлена только из немагнитного материала.

На фиг. 2 крепление листов обеспечивает пуклевка (сечение A-A).

Диаметр шпилек и их количество обеспечивают монолитность соединения листов и невозможность их расшихтовки на максимально возможной частоте вращения.

Метод пуклевки также обеспечивает соединение листов в монолитный пакет, а для дополнительного крепления могут быть применены (как в 1-ом, так и во 2-ом варианте) крайне толстые листы 6.

Метод пуклевки не исключает применения двух шпилек (по осям симметрии полюса) либо на каждом полюсе, либо через один (в зависимости от величины максимальной частоты вращения ротора). Нижняя шпилька, кроме механической функции соединения листов в единый пакет, служит для создания более тонкой, "насыщеннной" перемычки по пути магнитного потока по нижней кромке листа статора, увеличивая магнитное сопротивление путей рассеяния h_st 0,1 L_m. Высота пуклевки равна высоте магнита H_p H_m, а ее ширина d соответствует диаметру шпильки, соединяющей пакеты.

Высота клина Z, замыкающего магниты в пазу, должна быть достаточной для того, чтобы предохранить смещение магнитов в радиальном направлении и исключить их "вылетание" из гнезда при максимально возможной частоте вращения. Ширина этих клиньев 7 должна быть больше длины магнита L_m в тангенциальном направлении на величину 21_k, где 21_k 0,2 L_m.

Источники информации 1. Авторское свидетельство Болгарии N 24523, кл. H 02 К 23/04, 1977.

2. Патент Франции N 1214249, кл. H 02 K/00, 1965.

3. Авторское свидетельство SU N 1098070, кл. H 02 К 1/06, 1983.

4. Авторское свидетельство SU N 1495908, кл. H 02 К 1/06, 1983.

Формула изобретения

1. Ротор электрической машины, содержащий вал, насаженный на вал шихтованный магнитопровод, включающий листы ротора с пазами, в которых размещены тангенциально намагниченные постоянные магниты, образующие магнитную систему с чередующимися полюсами, отличающийся тем, что листы ротора, выполненные шихтованными, имеют внутреннюю кольцевую зубчатую форму и примыкают этой стороной зубчатой формы к немагнитной втулке, число зубцов которой равно числу зубцов ротора, и вкладыши, установленные ближе к центру ротора, на которые опираются магниты ротора, а в тангенциальном направлении предусмотрена магнитопроводящая перемычка, насыщаемая постоянными магнитами ротора, ширина которой достаточна для размещения соединяющих листы шпилек из немагнитного материала.

2. Ротор по п.1, отличающийся тем, что зубцы внутренней немагнитной втулки расположены по осям прямоугольных пазов роторных листов с вложенными в них магнитами, опирающимися на немагнитные вкладыши, размеры которых в тангенциальном направлении превышают длину магнита L_м в тангенциальном направлении на величину h_st0,1 L_м.

3 Ротор по любому из вышеуказанных пунктов, отличающийся тем, что магнит ротора крепится за счет зубца листа ротора и немагнитного клина, выполненных, например, в виде ласточкина хвоста.

4. Ротор по любому из вышеуказанных пунктов, отличающийся тем, что число соединяющих листы шпилек n, расположенных по оси зубцов ротора, может изменяться в зависимости от высоты магнита, причем n2.

5. Ротор по любому из вышеуказанных пунктов, отличающийся тем, что толщина немагнитного клина h_st не превышает 0,1 L_м, где L_м - толщина постоянного магнита в тангенциальном направлении.

6. Ротор по любому из вышеуказанных пунктов, отличающийся тем, что в листах между магнитами выполнены пуклевки на глубину толщины листа, длина которых равна высоте магнита, а ширина всех перемычек как в тангенциальном, так и в радиальном направлениях не превышает 0,1 L_м длины магнита в тангенциальном направлении.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2