RU2552846C1

RU2552846C1 - Rotor of high-speed generator

Info

Publication number: RU2552846C1
Application number: RU2014109789/07A
Authority: RU
Inventors: Александр Анатольевич Герасин; Геннадий Алексеевич Чуянов; Флюр Рашитович Исмагилов; Ирек Ханифович Хайруллин; Вячеслав Евгеньевич Вавилов
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2015-06-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: rotor of high-speed generator contains shaft with installed rotor yoke with permanent magnets, and bandage enclosure. The rotor contains rods with possibility of their installation in holes made in permanent magnets and end surfaces of the rotor yoke.

EFFECT: increased reliability and durability of the rotor of high speed generator, improved energy characteristics.

5 dwg

Description

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано в высокоскоростных электрических генераторах.The invention relates to power engineering and can be used in high-speed electric generators.

Известен ротор электрической машины с возбуждением от постоянных магнитов [патент РФ №123254 U1, Н02K 21/12, 20.12.2012], в котором постоянные магниты устанавливаются в пазы магнитопровода ротора в непосредственной близости к наружной поверхности ротора.Known rotor of an electric machine with excitation from permanent magnets [RF patent No. 123254 U1, N02K 21/12, 12/20/2012], in which permanent magnets are installed in the grooves of the rotor magnetic circuit in close proximity to the outer surface of the rotor.

Недостатками данной конструкции являются низкая механическая прочность и ограниченные функциональные возможности, обусловленные незначительными скоростями вращения ротора.The disadvantages of this design are low mechanical strength and limited functionality due to low rotor speeds.

Известен ротор магнитоэлектрической машины, преимущественно синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов [патент РФ №2308139 С2, Н02K 1/27, 10.10.2007], который содержит жестко скрепленную с опорным валом кольцевую обойму магнитопровода. На внутренней боковой стенке кольцевой обоймы смонтирован кольцевой магнитный вкладыш, образованный постоянными магнитами возбуждения с чередующимися в окружном направлении магнитными полюсами. Внутренняя боковая стенка кольцевой обоймы магнитопровода выполнена с кольцевой проточкой. Кольцевой магнитный вкладыш выполнен из группы одинаковых монолитных кольцевых магнитов с чередующимися в окружном направлении магнитными полюсами, размещенных в упомянутой кольцевой проточке на внутренней боковой стенке кольцевой обоймы магнитопровода и сопряженных между собой по своим торцам и с боковой стенкой указанной кольцевой проточки. Одноименные чередующиеся в окружном направлении магнитные полюсы в смежных монолитных кольцевых магнитах расположены соразмерно друг другу в одних радиальных плоскостях.The rotor of a magnetoelectric machine, mainly a synchronous generator with excitation from permanent magnets, is known [RF patent No. 2308139 C2, H02K 1/27, 10.10.2007], which comprises an annular magnetic core clip fixed to a support shaft. An annular magnetic insert is formed on the inner side wall of the annular ring formed by permanent excitation magnets with alternating magnetic poles alternating in the circumferential direction. The inner side wall of the annular holder of the magnetic circuit is made with an annular groove. An annular magnetic insert is made of a group of identical monolithic ring magnets with alternating magnetic poles located in the said annular groove on the inner side wall of the annular ring of the magnetic core and mated with each other at its ends and with the side wall of the annular groove. The alternating in the circumferential direction magnetic poles in adjacent monolithic ring magnets are located proportionally to each other in the same radial planes.

Известно устройство, реализующее способ установки постоянных магнитов в роторе электрической машины [патент РФ №2230420 C1, H02K 15/00, H02K 15/03, 10.06.2004], содержащее статор, запрессованный в корпус, ротор, установленный на валу, постоянные магниты, установленные в роторе, в соответствии с их магнитными характеристиками (магнитной индукции на поверхности магнита или магнитной индукцией в воздушном зазоре).A device is known that implements a method of installing permanent magnets in the rotor of an electric machine [RF patent No. 2230420 C1, H02K 15/00, H02K 15/03, 06/10/2004] containing a stator pressed into the housing, a rotor mounted on the shaft, permanent magnets, installed in the rotor, in accordance with their magnetic characteristics (magnetic induction on the surface of the magnet or magnetic induction in the air gap).

Известен ротор на постоянных магнитах [патент РФ №2406209 C2, H02K 1/27, 10.12.2010], в котором постоянные магниты во внутренней части ротора расположены параллельно оси вращения ротора, на внешнем периметре ротора выполнены открытые наружу пазы, которые соответственно проходят наклонно или с изгибом к продольным кромкам смежных постоянных магнитов в направлении периметра или, по меньшей мере, один раз пересекают; пазы на внешней стороне ротора в направлении периметра имеют меньшую ширину, чем в лежащей радиально ближе к центру области паза, и форма поперечного сечения паза по длине ротора постоянна.A permanent magnet rotor is known [RF patent No. 2406209 C2, H02K 1/27, 12/10/2010], in which the permanent magnets in the inner part of the rotor are parallel to the axis of rotation of the rotor, grooves are made on the outer perimeter of the rotor, which respectively extend obliquely or with a bend to the longitudinal edges of adjacent permanent magnets in the direction of the perimeter or at least once intersect; the grooves on the outer side of the rotor in the direction of the perimeter have a smaller width than in the groove region lying radially closer to the center, and the shape of the cross section of the groove along the rotor length is constant.

Известен ротор электрической машины с постоянными магнитами [патент РФ 2309514 C2, H02K 15/02, 27.10.2007], который содержит приклеенные постоянные магниты из редкоземельных металлов, залитые компаундом и герметично защищенные от воздействия рабочей среды посредством сварки обоймы с торцевыми дисками. С целью упрощения технологии изготовления в промежутке между постоянными магнитами и одним из торцевых дисков установлен дополнительный диск с осевыми отверстиями для заливки компаунда и заходной фаской для облегчения напрессовки обоймы. За счет применения дополнительного диска исключаются технологические операции заливки компаунда в форму и пригоночной механической обработки по компаунду.Known rotor of an electric machine with permanent magnets [RF patent 2309514 C2, H02K 15/02, 10.27.2007], which contains glued permanent magnets of rare-earth metals, filled with a compound and hermetically protected from the effects of the working medium by welding clips with end disks. In order to simplify the manufacturing technology, between the permanent magnets and one of the end disks, an additional disk is installed with axial holes for filling the compound and a chamfer to facilitate pressing on the clip. Due to the use of an additional disk, technological operations of filling the compound into the mold and fitting mechanical processing of the compound are excluded.

Известен ротор электрической машины с постоянными магнитами [патент РФ №2231896 C2, H02K 21/16, H02K 21/14, 27.06.2004], который содержит вал, магнитомягкое ярмо, плоские постоянные магниты, цилиндрические постоянные магниты, полюсные сердечники с полюсными наконечниками, короткозамкнутую обмотку. Согласно изобретению ярмо выполнено в виде правильной призмы с радиальными пазами, в которые установлены плоские и цилиндрические постоянные магниты, цилиндрические полюсные сердечники с полюсными наконечниками и кольцевая короткозамкнутая обмотка.Known rotor of an electric machine with permanent magnets [RF patent No. 2231896 C2, H02K 21/16, H02K 21/14, 06/27/2004], which contains a shaft, soft magnetic yoke, flat permanent magnets, cylindrical permanent magnets, pole cores with pole tips, short-circuited winding. According to the invention, the yoke is made in the form of a regular prism with radial grooves in which are mounted flat and cylindrical permanent magnets, cylindrical pole cores with pole tips and a ring short-circuited winding.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому приходится ротор высокоскоростного двигателя и генератора [патент DE №3224904 A1, H02K 1/27, 12.01.1984], который содержит вал, на котором установлено ярмо ротора с постоянными магнитами, и бандажную оболочку.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed one is the rotor of a high-speed engine and generator [patent DE No. 3224904 A1, H02K 1/27, 01/12/1984], which contains a shaft on which the yoke of the rotor with permanent magnets is mounted, and a shroud.

Недостатками данной конструкции являются низкие энергетические показатели, обусловленные значительной толщиной бандажной оболочки, нагрев постоянных магнитов, обусловленный их незначительной толщиной, и низкая эффективность демпфирования токов короткого замыкания, обусловленная также незначительной толщиной постоянных магнитов.The disadvantages of this design are low energy performance due to the significant thickness of the retaining shell, heating of the permanent magnets due to their insignificant thickness, and low damping efficiency of short-circuit currents, also due to the small thickness of the permanent magnets.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение энергетических характеристик, а также минимизация нагрева постоянных магнитов и повышение эффективности демпфирования токов короткого замыкания, благодаря введению в роторе высокоскоростного генератора стержней и выполнению постоянных магнитов с отверстием для этих стержней.The objective of the invention is the expansion of functionality and energy performance, as well as minimizing the heating of permanent magnets and increasing the damping efficiency of short circuit currents, due to the introduction of a high-speed generator of rods in the rotor and the implementation of permanent magnets with an opening for these rods.

Техническим результатом является повышение надежности и долговечности ротора высокоскоростного генератора, а также повышение его энергетических характеристик.The technical result is to increase the reliability and durability of the rotor of a high-speed generator, as well as increase its energy characteristics.

Поставленная задача решается и указанный технический результат достигается тем, что в роторе высокоскоростного генератора, содержащем вал, на котором установлено ярмо ротора с постоянными магнитами, и бандажную оболочку, согласно изобретению, содержит стержни с возможностью установки их в отверстия, выполненные в постоянных магнитах и торцевых поверхностях ярма ротора.The problem is solved and the technical result is achieved by the fact that in the rotor of a high-speed generator containing a shaft on which the yoke of the rotor with permanent magnets is mounted, and the retaining shell, according to the invention, contains rods with the possibility of installing them in holes made in permanent magnets and end surfaces of the yoke of the rotor.

Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен продольный разрез ротора высокоскоростного генератора. На фиг. 2 изображена торцевая поверхность ярма ротора высокоскоростного. На фиг. 3 изображен вид спереди постоянных магнитов. На фиг. 4 изображен поперечный разрез ротора высокоскоростного генератора. На фиг. 5 показана зависимость постоянной времени демпфирования токов короткого замыкания в электропроводящем бандаже ротора высокоскоростного генератора от толщины постоянных магнитов, при различных температурах бандажа ротора.The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a longitudinal section of the rotor of a high-speed generator. In FIG. 2 shows the end surface of the high-speed rotor yoke. In FIG. 3 is a front view of the permanent magnets. In FIG. 4 is a cross-sectional view of the rotor of a high-speed generator. In FIG. 5 shows the dependence of the damping time constant of short-circuit currents in an electrically conductive band of a rotor of a high-speed generator on the thickness of permanent magnets at different temperatures of the band of the rotor.

Предложенное устройство содержит (фиг. 1) вал 1, с напрессованным на него ярмом ротора 2, торцевые поверхности 3 ярма ротора 2, выполненные с отверстиями 4 (фиг. 2), в ярме ротора 2 установлены постоянные магниты 5, намагниченные в радиальном направлении N-S, выполненные с отверстиями 6 (фиг. 3), постоянные магниты 7 (фиг. 4), намагниченные в радиальном направлении S-N, и выполненные с отверстиями 8, стержни 9, установленные соответственно в отверстиях 4, 6, 8. Ротор содержит также бандажную оболочку 10.The proposed device comprises (Fig. 1) a shaft 1, with a yoke of the rotor 2 pressed onto it, end surfaces 3 of the yoke of the rotor 2 made with holes 4 (Fig. 2), permanent magnets 5 magnetized in the radial direction NS are installed in the yoke of the rotor 2 made with holes 6 (Fig. 3), permanent magnets 7 (Fig. 4), magnetized in the radial direction SN, and made with holes 8, rods 9 installed respectively in holes 4, 6, 8. The rotor also contains a retaining shell 10.

Предложенное устройство работает следующим образом: при вращении ротора высокоскоростного генератора центробежные силы стремятся оторвать постоянные магниты 5, намагниченные в радиальном направлении N-S, выполненные с отверстиями 6, постоянные магниты 7, намагниченные в радиальном направлении S-N и выполненные с отверстиями 8, от ярма ротора 2. Бандажная оболочка 10, а также стержни 9, установленные в отверстиях 4, 6, 8, препятствуют этому. При этом благодаря наличию стержней 9 появляется возможность минимизировать нагрузки на бандажную оболочку 10 и тем самым уменьшить ее толщину, а следовательно, и величину немагнитного зазора в высокоскоростном генераторе, тем самым повысив его энергетические характеристики. Кроме того, наличие стержней позволяет увеличить толщину постоянных магнитов, что приведет к снижению их нагрева и повышению эффективности демпфирования токов короткого замыкания (фиг. 5).The proposed device operates as follows: when the rotor of the high-speed generator rotates, centrifugal forces tend to tear off the permanent magnets 5, magnetized in the radial direction NS, made with holes 6, the permanent magnets 7, magnetized in the radial direction SN and made with holes 8, from the yoke of the rotor 2. The bandage sheath 10, as well as the rods 9 installed in the holes 4, 6, 8, prevent this. Moreover, due to the presence of rods 9, it becomes possible to minimize the load on the retaining shell 10 and thereby reduce its thickness, and hence the magnitude of the non-magnetic gap in a high-speed generator, thereby increasing its energy characteristics. In addition, the presence of the rods allows you to increase the thickness of the permanent magnets, which will lead to a decrease in their heating and increase the efficiency of damping of short-circuit currents (Fig. 5).

Таким образом, расширяются функциональные возможности и повышаются энергетические характеристики, а также минимизируется нагрев постоянных магнитов и повышается эффективность демпфирования токов короткого замыкания в высокоскоростном генераторе.Thus, functionality is expanded and energy characteristics are increased, and the heating of permanent magnets is minimized and the damping efficiency of short-circuit currents in a high-speed generator is increased.

Итак, заявляемое изобретение позволяет повысить надежность, долговечность и энергетические характеристики ротора высокоскоростного генератора.So, the claimed invention improves the reliability, durability and energy characteristics of the rotor of a high-speed generator.

Claims

A rotor of a high-speed generator, comprising a shaft on which the yoke of the rotor with permanent magnets is mounted, and a retaining shell, characterized in that it contains rods with the possibility of installing them in holes made in permanent magnets and end surfaces of the rotor yoke.