RU2223585C1

RU2223585C1 - Electrical machine rotor

Info

Publication number: RU2223585C1
Application number: RU2002115086/09A
Authority: RU
Inventors: А.В. Левин; Э.Я. Лившиц; В.А. Хабаров; шов В.В. Кудр; В.В. Кудряшов
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Агрегатное конструкторское бюро "Якорь"; Открытое акционерное общество "Акционерное конструкторское бюро Якорь-2"
Priority date: 2002-06-07
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2004-02-10
Also published as: RU2002115086A

Abstract

FIELD: electromechanical engineering. SUBSTANCE: rotor has alternating magnetic and nonmagnetic disks provided with openings to receive permanent magnets. Magnetic disks have slits in center of partitions between openings to form nonmagnetic gaps between permanent magnets with pole shoes. Jumpers formed between pole shoes and yoke function as holding members locking entire structure at high speed. Integration of yoke and pole shoes in the form of alternating magnetic and nonmagnetic plates with openings yields very good results. EFFECT: enhanced reliability at simple design and high manufacturability. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромашиностроению, и может быть использовано при проектировании синхронных высокооборотных генераторов и электродвигателей. The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to electrical engineering, and can be used in the design of synchronous high-speed generators and electric motors.

Известен ротор электрической машины, выполненный в виде вала, на котором равномерно по окружности расположены постоянные магниты и магнитные полюса, разделенные на две части клиньями, обеспечивающими стабильность конструкции (1). Данное устройство позволяет обеспечить высокую надежность работы и стабильность магнитных характеристик, однако отличается сложностью конструкции и низкой технологичностью. The rotor of an electric machine is known, made in the form of a shaft on which permanent magnets and magnetic poles are arranged uniformly around the circumference, divided into two parts by wedges that ensure structural stability (1). This device allows for high reliability and stability of magnetic characteristics, however, it is distinguished by its complexity and low manufacturability.

Наиболее близким к изобретению устройством является ротор электрической машины, содержащий ярмо и намагниченные в радиальном направлении постоянные магниты чередующейся полярности с размещенными на них полюсными наконечниками, между постоянными магнитами с полюсными наконечниками имеются немагнитные зазоры, а на наружной поверхности полюсных наконечников имеются канавки, в которых размещен бандаж, охватывающий все полюсные наконечники (2). При вращении ротора центробежные усилия полюсных наконечников создают в бандаже дополнительные нагрузки, суммирующиеся с нагрузками, возникающими от действия центробежных сил постоянных магнитов. Это приводит к тому, что в бандаже могут возникнуть механические напряжения, превышающие допустимые, которые могут привести к разрушению ротора. Кроме того, выполнение полюсных наконечников гребешкообразной формы усложняет конструкцию устройства и снижает технологичность его изготовления. The closest device to the invention is the rotor of an electric machine, containing a yoke and radially magnetized permanent magnets of alternating polarity with pole tips placed on them, there are non-magnetic gaps between the permanent magnets with pole tips, and there are grooves on the outer surface of the pole pieces, in which bandage covering all pole pieces (2). When the rotor rotates, the centrifugal forces of the pole pieces create additional loads in the brace that are combined with the loads arising from the action of the centrifugal forces of the permanent magnets. This leads to the fact that the bandage may cause mechanical stresses that exceed the permissible ones, which can lead to the destruction of the rotor. In addition, the implementation of the pole tips of a comb-shaped shape complicates the design of the device and reduces the manufacturability of its manufacture.

Техническим результатом, который может быть достигнут при использовании данного изобретения, является повышение надежности и технологичности при одновременном упрощении конструкции. The technical result that can be achieved using this invention is to increase reliability and manufacturability while simplifying the design.

Технический результат достигается тем, что в роторе электрической машины, содержащем ярмо и намагниченные в радиальном направлении постоянные магниты чередующейся полярности, между постоянными магнитами с полюсными наконечниками имеются немагнитные зазоры (2), согласно изобретению ярмо и полюсные наконечники выполнены заодно целое в виде чередующихся магнитных и немагнитных дисков с окнами для размещения постоянных магнитов, а указанные немагнитные зазоры в магнитных дисках образованы прорезями, сделанными по середине каждой из перегородок между окнами; кроме того, магнитные и немагнитные диски могут быть выполнены из пакетов пластин, на наружной поверхности полюсных наконечников образованы канавки за счет того, что наружный диаметр немагнитных пластин меньше наружного диаметра магнитных пластин, а в образовавшихся канавках размещен бандаж, который выполнен из композиционного материала, коэффициент линейного температурного расширения которого меньше, чем у материала немагнитных дисков. The technical result is achieved by the fact that in the rotor of an electric machine containing a yoke and permanent magnets magnetized in a radial direction of alternating polarity, there are non-magnetic gaps between the permanent magnets with pole tips (2), according to the invention, the yoke and pole tips are integrally formed in the form of alternating magnetic and non-magnetic disks with windows for permanent magnets, and these non-magnetic gaps in the magnetic disks are formed by slots made in the middle of each of the per town between the windows; in addition, magnetic and non-magnetic disks can be made of plate packs, grooves are formed on the outer surface of the pole pieces due to the fact that the outer diameter of the non-magnetic plates is smaller than the outer diameter of the magnetic plates, and a bandage made of composite material is placed in the formed grooves, coefficient linear thermal expansion of which is less than that of the material of non-magnetic disks.

На фиг.1 представлена конструкция ротора. Figure 1 shows the design of the rotor.

На фиг.2 и 3 представлены сечения ротора плоскостями, проходящими по магнитным и немагнитным дискам соответственно. Figure 2 and 3 presents the cross section of the rotor by planes passing through the magnetic and non-magnetic disks, respectively.

На фиг.4 изображена конструкция ротора с канавками. Figure 4 shows the design of the rotor with grooves.

Устройство состоит из ярма и намагниченных в радиальном направлении постоянных магнитов 1, на которых размещены полюсные наконечники (фиг.1 и 2). Ярмо и наконечники выполнены за одно целое в виде равномерно чередующихся магнитных и немагнитных пластин 2 и 3, в которых имеются окна для размещения постоянных магнитов. Форма окон повторяет форму поперечного сечения постоянных магнитов, которая может быть прямоугольной, дугообразной или любой другой. По середине каждой из перегородок между соседними окнами в магнитных дисках по всей их толщине в плоскостях, проходящих через ось вращения ротора, выполнены симметричные прорези 4 (фиг.2). Данные прорези и перегородки (фиг. 3) между окнами в магнитных и немагнитных дисках соответственно образуют немагнитные зазоры между постоянными магнитами 1 с полюсными наконечниками, а образовавшиеся перемычки между полюсными наконечниками и ярмом выполняют функцию удерживающих элементов, фиксирующих положение полюсных наконечников при действии центробежных сил, возникающих при вращении ротора. Ширину образовавшихся перемычек выбирают минимальной, исходя из расчета прочности. Наружный диаметр немагнитных дисков 3 меньше, чем наружный диаметр магнитных дисков 2, поэтому на наружной поверхности полюсных наконечников имеют место канавки, в которых размещен бандаж, охватывающий все полюсные наконечники (фиг.4). Бандаж может быть выполнен из композиционного материала, имеющего прочность на разрыв, большую, чем материал немагнитных пластин, а коэффициент линейного расширения меньший, что обуславливает повышение механической прочности, особенно при повышенных температурах. Для крепления всей конструкции ротора на его обеих торцевых поверхностях установлены фиксирующие фланцы 5. Выполнение ярма и полюсных наконечников как единое целое в виде чередующихся дисков упрощает конструкцию устройства и технологию его изготовления (например, возможность штамповки) при одновременном повышении надежности путем сохранения целостности ротора на высоких оборотах вращения за счет удерживающих перемычек между ярмом и полюсными наконечниками. The device consists of a yoke and magnetized in the radial direction of the permanent magnets 1, on which are placed the pole pieces (figures 1 and 2). The yoke and tips are made in one piece in the form of uniformly alternating magnetic and non-magnetic plates 2 and 3, in which there are windows for placing permanent magnets. The shape of the windows repeats the cross-sectional shape of the permanent magnets, which may be rectangular, arched or any other. In the middle of each of the partitions between adjacent windows in the magnetic disks over their entire thickness in the planes passing through the axis of rotation of the rotor, symmetrical slots 4 are made (Fig. 2). These slots and partitions (Fig. 3) between the windows in the magnetic and non-magnetic disks respectively form non-magnetic gaps between the permanent magnets 1 with pole tips, and the resulting jumpers between the pole tips and the yoke serve as retaining elements that fix the position of the pole pieces under the action of centrifugal forces, arising from the rotation of the rotor. The width of the resulting jumpers is chosen minimal, based on the calculation of strength. The outer diameter of the non-magnetic disks 3 is smaller than the outer diameter of the magnetic disks 2, therefore, on the outer surface of the pole pieces there are grooves in which a bandage is placed covering all the pole pieces (FIG. 4). The bandage can be made of a composite material having a tensile strength greater than the material of non-magnetic plates, and the coefficient of linear expansion is smaller, which leads to an increase in mechanical strength, especially at elevated temperatures. For fixing the entire rotor design, fixing flanges are installed on its both end surfaces. 5. The yoke and pole lugs as a single unit in the form of alternating disks simplify the device design and manufacturing technology (for example, the possibility of stamping) while improving reliability by maintaining rotor integrity at high revolutions of rotation due to the retaining jumpers between the yoke and the pole pieces.

Источники информации
1. SU 1406689 A1, H 02 K 1/28, 1987 г.Sources of information
1.SU 1406689 A1, H 02 K 1/28, 1987

2. SU 1677806 A1, H 02 K 21/14, 1989 г. 2. SU 1677806 A1, H 02 K 21/14, 1989.

Claims

1. The rotor of an electric machine containing a yoke and magnetized in the radial direction of permanent magnets of alternating polarity with pole tips, between which there are non-magnetic gaps, characterized in that the yoke and pole tips are made in one piece in the form of alternating magnetic and non-magnetic disks with windows for placement permanent magnets, and these non-magnetic gaps in the magnetic disks are formed by slots made in the middle of each of the partitions between the windows.

2. The rotor of an electric machine according to claim 1, characterized in that said alternating magnetic and non-magnetic disks are made of plate packs.

3. The rotor of an electric machine according to claims 1 and 2, characterized in that grooves are formed on the outer surface of said alternating magnetic and non-magnetic disks due to the fact that the outer diameter of the non-magnetic plates is smaller than the outer diameter of the magnetic plates and a bandage is placed in the formed grooves.

4. The rotor of an electric machine according to claim 3, characterized in that the bandage is made of composite material, the coefficient of linear thermal expansion of which is less than that of the material of non-magnetic disks.