RU151763U1

RU151763U1 - ROTOR OF FAST ASYNCHRONOUS MOTOR

Info

Publication number: RU151763U1
Application number: RU2014135789/07U
Authority: RU
Inventors: Илья Зеликович Богуславский; Ирина Юрьевна Кручинина; Ювеналий Федорович Хозиков; Валентина Владимировна Пальцева
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2015-04-20

Abstract

1. Ротор быстроходного асинхронного двигателя, включающий вал с насаженным на нем массивным ротором и торцевые немагнитные электропроводящие короткозамыкающие кольца, отличающийся тем, что короткозамыкающие кольца установлены в кольцевых пазах, выполненных в теле ротора по его торцам, при этом короткозамыкающие кольца выполнены коническими.2. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что кольцевые пазы выполнены коническими.3. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что в теле ротора ближе к его продольной оси по отношению к кольцевым пазам выполнены кольцевые проточки.4. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен совокупностью вставок из электропроводящего материала, установленных в сквозных радиальных отверстиях в теле ротора между поверхностью ротора и кольцевыми пазами для короткозамыкающих колец с возможностью обеспечения электрического контакта между короткозамыкающими кольцами и поверхностью тела ротора.1. The rotor of a high-speed induction motor, including a shaft with a massive rotor mounted on it and end non-magnetic electrically conductive short-circuit rings, characterized in that the short-circuit rings are installed in ring grooves made in the rotor body along its ends, while the short-circuit rings are made conical. 2. The rotor according to claim 1, characterized in that the annular grooves are conical. 3. The rotor according to claim 1, characterized in that in the body of the rotor closer to its longitudinal axis with respect to the annular grooves are made annular grooves. 4. The rotor according to claim 1, characterized in that it is provided with a plurality of inserts of electrically conductive material installed in through radial holes in the rotor body between the surface of the rotor and the annular grooves for short-circuited rings with the possibility of providing electrical contact between the short-circuited rings and the surface of the rotor body.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к технологии изготовления высокоскоростных электрических машин.The utility model relates to electrical engineering, namely to the technology for manufacturing high-speed electric machines.

В современной автономной энергетике быстроходные асинхронные двигатели с массивным ротором находят все большее применение в широком диапазоне мощностей и скоростей вращения. Быстроходные асинхронные двигатели с массивным ротором используются, например, в области нефте- и газодобычи (мощностью Р=6-8 МВт, со скоростью вращения n≥6000 об/мин), в области робототехники, космической техники (Р≤1000 кВт, n≤60000 об/мин).In modern autonomous energy, high-speed asynchronous motors with a massive rotor are increasingly used in a wide range of power and rotation speeds. High-speed induction motors with a massive rotor are used, for example, in the field of oil and gas production (power P = 6-8 MW, with a rotation speed of n≥6000 rpm), in the field of robotics, space technology (P≤1000 kW, n≤ 60,000 rpm).

Известны роторы асинхронных машин, содержащие собственно массивную активную часть бочку ротора с аксиальными пазами на поверхности, торцевые короткозамыкающие немагнитные токопроводящие кольца, и высокопроводящие стержни, уложенные в пазы ротора, см. авторское свидетельство СССР №1457067.Rotors of asynchronous machines are known, containing the actually massive active part of the rotor barrel with axial grooves on the surface, end short-circuit non-magnetic conductive rings, and highly conductive rods laid in the rotor grooves, see USSR copyright certificate No. 1457067.

Известен ротор асинхронный машины, содержащий вал с насаженной на ней массивной бочкой ротора, торцевые немагнитные электропроводящие короткозамыкающие кольца, продольные пазы в бочке ротора и короткозамыкающих кольцах с проводящими немагнитными стержнями, в котором, с целью повышения надежности, устранения зубцовых гармоник, повышения пускового момента и улучшения динамических характеристик, поверх массивного зубчатого ротора с короткозамкнутой клеткой насажена массивная втулка из ферромагнитного материала, служащая для устранения зубцовых гармоник, предохранения стержней от выпадания из пазов под воздействием центробежных усилий при вращении и улучшении пусковых свойств, крепление которой к массивной бочке ротора осуществлено при помощи винтов с шайбами, см. патент РФ №2097901.A known rotor is an asynchronous machine, comprising a shaft with a massive rotor barrel mounted on it, end non-magnetic electrically conductive short-circuit rings, longitudinal grooves in the rotor barrel and short-circuit rings with conductive non-magnetic rods, in which, in order to increase reliability, eliminate tooth harmonics, increase the starting torque and improvement of dynamic characteristics, a massive sleeve made of ferromagnetic material is mounted on top of a massive toothed rotor with a squirrel cage, which serves to eliminate ц teeth harmonics, protection of the rods from falling out of the grooves under the influence of centrifugal forces during rotation and improving starting properties, which are secured to the massive rotor barrel with screws and washers, see RF patent No. 2097901.

Данное техническое решение принято нами в качестве прототипа.This technical solution was made by us as a prototype.

Недостатком прототипа является наличие массивных втулок из ферромагнитного материала, которые прикрепляются к бочке ротора при помощи винтов с шайбами и предохраняют стержни от выпадания из пазов под воздействием центробежных усилий, но не влияют на величину переходного электрического сопротивления на контактных поверхностях паза ротора и короткозамыкающего кольца.The disadvantage of the prototype is the presence of massive bushings of ferromagnetic material that are attached to the rotor barrel with screws and washers and protect the rods from falling out of the grooves under the influence of centrifugal forces, but do not affect the magnitude of the transient electrical resistance on the contact surfaces of the rotor groove and the short-circuiting ring.

Задача полезной модели заключается в создании конструкции массивного ротора быстроходного асинхронного двигателя повышенной надежности с пониженным переходным электрическим сопротивлением на контактных поверхностях паза ротора и короткозамыкающего кольца.The objective of the utility model is to create the design of a massive rotor of a high-speed asynchronous motor of increased reliability with reduced transient electrical resistance on the contact surfaces of the rotor groove and short-circuit ring.

Сущность заявляемой полезной модели как технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого полезной моделью технического результата.The essence of the claimed utility model as a technical solution is expressed in the following set of essential features, sufficient to achieve the above technical result provided by the utility model.

Ротор быстроходного асинхронного двигателя, включающий вал с насаженным на нем массивным ротором и торцевые немагнитные электропроводящие короткозамыкающие кольца, характеризующийся тем, что короткозамыкающие кольца установлены в кольцевых пазах, выполненных в теле ротора по его торцам, при этом короткозамыкающие кольца выполнены коническими.The rotor of a high-speed asynchronous motor, including a shaft with a massive rotor mounted on it and end non-magnetic electrically conductive short-circuit rings, characterized in that short-circuit rings are installed in ring grooves made in the rotor body along its ends, while short-circuit rings are made conical.

В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.This is the totality of essential features that provides a technical result in all cases to which the requested amount of legal protection applies.

Кроме того, полезная модель характеризуется рядом дополнительных признаков, а именно:In addition, the utility model is characterized by a number of additional features, namely:

- кольцевые пазы могут быть выполнены коническими;- annular grooves can be made conical;

- в теле ротора ближе к его продольной оси по отношению к кольцевым пазам могут быть выполнены кольцевые проточки;- in the rotor body closer to its longitudinal axis with respect to the annular grooves, annular grooves can be made;

- ротор может быть снабжен совокупностью вставок из электропроводящего материала, установленных в сквозных радиальных отверстиях в теле ротора между поверхностью ротора и кольцевыми пазами для короткозамыкающих колец с возможностью обеспечения электрического контакта между короткозамыкающими кольцами и поверхностью тела ротора.- the rotor can be equipped with a set of inserts of electrically conductive material installed in the through radial holes in the rotor body between the surface of the rotor and the annular grooves for short-circuiting rings with the possibility of providing electrical contact between the short-circuiting rings and the surface of the rotor body.

Обеспечиваемый полезной моделью технический результат заключается в том, что в заявленной конструкции центробежные силы, воздействуют на короткозамыкающие кольца таким образом, что обеспечивают оптимальные условии работы двигателя. Центробежные силы, приложенные к каждому короткозамыкающему кольцу при работе машины, не увеличивают величины переходного электрического сопротивления на стыке этого кольца и массива ротора, а прочность при работе машины обеспечивается механическим свойствами стали массивного ротора, а не свойствами меди короткозамыкающих бандажных колец (пределом текучести и др.). При высоких частотах токов, индуктированных в массиве ротора, глубина их проникновения может оказаться недостаточной для перетекания в зону контактных колец, поэтому для машин, работающих в таких режимах, между короткозамыкающим кольцом после его монтажа и поверхностью ротора дополнительно предусматривается электрический контакт посредством совокупности вставок из электропроводящего материала. Выполнение короткозамыкающих колец коническими позволяет избежать выкручивания кольца под действием центробежных сил, вследствие чего могут возникнуть зазоры по контактным поверхностям между телом ротора и короткозамыкающим кольцом.The technical result provided by the utility model is that in the claimed design, centrifugal forces act on the short-circuiting rings in such a way that they provide optimal engine operating conditions. The centrifugal forces applied to each short-circuit ring during operation of the machine do not increase the transient electrical resistance at the junction of this ring and the rotor array, and the strength during operation of the machine is ensured by the mechanical properties of the steel of the massive rotor, and not by the properties of copper of short-circuit retaining rings (yield strength, etc. .). At high frequencies of the currents induced in the rotor array, their penetration depth may not be sufficient for flowing into the contact ring zone, therefore, for machines operating in such modes, an electric contact is additionally provided between the short-circuiting ring after its installation and the rotor surface through a combination of electrically conductive inserts material. The implementation of short-circuiting rings conical allows you to avoid twisting the ring under the action of centrifugal forces, as a result of which there may be gaps on the contact surfaces between the rotor body and the short-circuiting ring.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен разрез по ротору высокоскоростной электрической машины заявленной конструкции, на фиг. 2 - вид на коническое короткозамыкающее кольцо в разрезе перед его запрессовкой в кольцевой паз в теле ротора.The essence of the utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a section along the rotor of a high-speed electric machine of the claimed design, FIG. 2 is a sectional view of a conical short-circuit ring before being pressed into an annular groove in the rotor body.

Ротор быстроходного асинхронного двигателя включает вал 1 с насаженным на нем массивным ротором 2 и торцевые немагнитные электропроводящие короткозамыкающие кольца 3. В обоих торцах активной части массивного ротора 2 фрезеруются кольцевые пазы 4, в которые впрессовываются конические короткозамыкающие кольца 3. Углы конусности короткозамыкающих колец 3 определяются численным решением прочностной задачи при конструкторской разработке конкретной машины. Вставки 5 из электропроводящего материала, например, меди, установлены в сквозных радиальных отверстиях в теле ротора 2 в зоне расположения короткозамыкающих колец 3 с возможностью обеспечения электрического контакта между короткозамыкающими кольцами 3 и поверхностью ротора. В теле ротора 2 ближе к его продольной оси по отношению к кольцевым пазам 4 быть выполнены кольцевые проточки 6.The rotor of a high-speed asynchronous motor includes a shaft 1 with a massive rotor 2 mounted on it and end-face non-magnetic electrically conductive short-circuit rings 3. At both ends of the active part of the massive rotor 2, annular grooves 4 are milled into which conical short-circuit rings are pressed in 3. The taper angles of the short-circuit rings 3 are determined solving the strength problem in the design of a particular machine. Inserts 5 of electrically conductive material, for example, copper, are installed in through radial holes in the body of the rotor 2 in the area of the short-circuiting rings 3 with the possibility of providing electrical contact between the short-circuiting rings 3 and the surface of the rotor. In the body of the rotor 2 closer to its longitudinal axis with respect to the annular grooves 4 to be made annular grooves 6.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Минимальное переходное электрическое сопротивление на стыке внутренней ферромагнитной поверхности ротора 2 и внешней поверхности короткозамыкающего кольца 3 обеспечивается путем нанесения слоя припоя на эти поверхности перед установкой кольца в зоне их стыка и последующей пайкой (после его установки), причем центробежные силы, воздействующие на кольцо, не приводят к возрастанию переходного электрического сопротивления в зоне этого стыка. Надежность конструкции ротора при воздействии на короткозамыкающие кольца 3 центробежных сил во всех эксплуатационных режимах работы двигателя обеспечивается механическими свойствами стали массивного ротора (пределом текучести и др.), поскольку эти свойства значительно выше, чем меди бандажных короткозамыкающих колец. Выполнение короткозамыкающих колец 3 коническими позволяет при их впрессовывании в предназначенные для них пазы 4 избежать их выдавливания из пазов под действием центробежных сил.The minimum transient electrical resistance at the junction of the inner ferromagnetic surface of the rotor 2 and the outer surface of the short-circuiting ring 3 is provided by applying a layer of solder to these surfaces before installing the ring in the area of their joint and subsequent soldering (after installation), and the centrifugal forces acting on the ring do not lead to an increase in transient electrical resistance in the zone of this junction. The reliability of the rotor design when three short-circuiting rings are exposed to 3 centrifugal forces in all operating conditions of the engine is ensured by the mechanical properties of the massive rotor steel (yield strength, etc.), since these properties are significantly higher than copper banding short-circuiting rings. The implementation of short-circuiting rings 3 conical allows them to be pressed into the grooves 4 intended for them to avoid squeezing them out of the grooves under the action of centrifugal forces.

Таким образом, в предлагаемой конструкции, центробежные силы способствуют обеспечению оптимальных условии работы двигателя.Thus, in the proposed design, centrifugal forces help to ensure optimal engine operating conditions.

При высоких частотах тока, индуктированного в массиве ротора, дополнительно предусматривается электрический контакт между короткозамыкающим кольцом 3 после его монтажа и поверхностью ротора 2, который осуществляется посредством ряда вставок 5, например, в виде медных болтов, по периферии ротора, установленных радиально, которые имеют ″потайную″ головку, утопленную в тело ротора 2.At high frequencies of the current induced in the rotor array, an electrical contact is additionally provided between the short-circuiting ring 3 after its installation and the surface of the rotor 2, which is carried out by a number of inserts 5, for example, in the form of copper bolts, on the periphery of the rotor mounted radially, which have ″ countersunk ″ head recessed into rotor body 2.

Кольцевые проточки 6 служат для обеспечения требуемой податливости внутренней контактирующей поверхности короткозамыкающих колец 3 и кольцевых пазов 4, что обеспечивает более надежное контактирование внутренней поверхности короткозамыкающих колец 3 и кольцевых пазов 4,The annular grooves 6 are used to provide the required flexibility of the inner contacting surface of the short-circuiting rings 3 and the annular grooves 4, which provides more reliable contacting the inner surface of the short-circuiting rings 3 and the annular grooves 4,

Возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается известными и описанными в заявке средствами и методами, с помощью которых возможно осуществление полезной модели, в том виде, как она охарактеризована в формуле полезной модели. Предложенное устройство может быть изготовлено промышленным способом из известных материалов с использованием известных технологий и технических средств.The possibility of industrial application of the claimed technical solution is confirmed by the known and described in the application means and methods by which it is possible to implement a utility model, in the form described in the utility model formula. The proposed device can be manufactured industrially from known materials using known technologies and technical means.

Claims

1. The rotor of a high-speed asynchronous motor, including a shaft with a massive rotor mounted on it and end-face non-magnetic electrically conductive short-circuit rings, characterized in that the short-circuit rings are installed in ring grooves made in the rotor body along its ends, while the short-circuit rings are made conical.

2. The rotor according to claim 1, characterized in that the annular grooves are conical.

3. The rotor according to claim 1, characterized in that the annular grooves are made in the rotor body closer to its longitudinal axis with respect to the annular grooves.

4. The rotor according to claim 1, characterized in that it is equipped with a set of inserts of electrically conductive material installed in through radial holes in the rotor body between the surface of the rotor and the annular grooves for short-circuiting rings with the possibility of providing electrical contact between short-circuiting rings and the surface of the rotor body.