RU2659796C1

RU2659796C1 - Flexible rotor with constant magnets

Info

Publication number: RU2659796C1
Application number: RU2017133472A
Authority: RU
Inventors: Валерий Михайлович Михайлов; Вячкслав Юрьевич Клинцевич; Светлана Викторовна Шиловская; Николай Евгеньевич Сеогеев; Александр Федорович Ануфриев
Original assignee: Валерий Михайлович Михайлов; Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское бюро "Энергодвижение"
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2018-07-04
Also published as: RU2659796C9

Abstract

FIELD: electrical equipment.

SUBSTANCE: invention relates to electrical equipment. Rotor of the electric machine contains a core and radially magnetized permanent magnets of alternating polarity. Rotor is made unit-construction and consists of a pack of magnetic blocks fixed by axial pins and stems. Each of the magnetic blocks is a disk of ferromagnetic (magnetically conductive) material, on the periphery of which are installed and fixed by a bandage, which is a hollow cylinder of a non-ferromagnetic material, magnetized in the radial direction, permanent magnets of alternating polarity. On the ends of the pack of magnetic blocks shafts with bearing necks are installed.

EFFECT: increased rotor reliability.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к вращающимся электрическим машинам, в частности к способу изготовления гибкого ротора электрической машины с постоянными магнитами, содержащей кольцевой статор с распределенной по окружности многофазной обмоткой и сборный цилиндрический ротор, состоящий из пакета стянутых аксиальными шпильками (или одной центральной шпилькой), зафиксированных между собой штифтами магнитных блоков и установленных по торцам пакета магнитных блоков двух валов с подшипниковыми шейками. Каждый из магнитных блоков представляет собой диск из ферромагнитного (магнитопроводящего) материала (например турбороторные стали и подобные), на периферии которого (на внешнем диаметре диска) установлены (или закреплены с помощью клея) намагниченные в радиальном направлении постоянные магниты чередующейся полярности, на которые напрессован высокопрочный бандаж, представляющий собой полый цилиндр из неферромагнитного материала (например, высокомодульное углеродное волокно, титановые сплавы, жаропрочные никелевые сплавы и проч.).The invention relates to rotating electric machines, in particular, to a method for manufacturing a flexible rotor of an electric machine with permanent magnets, comprising an annular stator with a multiphase winding distributed around the circumference and a prefabricated cylindrical rotor consisting of a packet pulled together by axial pins (or one central pin) fixed to each other pins of magnetic blocks and installed on the ends of the package of magnetic blocks of two shafts with bearing journals. Each of the magnetic blocks is a disk of ferromagnetic (magnetically conductive) material (for example, turbo-rotor steels and the like), on the periphery of which (on the outer diameter of the disk) are installed magnetically magnetized in the radial direction of alternating polarity permanent magnets, which are pressed high-strength bandage, which is a hollow cylinder of non-ferromagnetic material (for example, high-modulus carbon fiber, titanium alloys, heat-resistant nickel alloys, etc.).

Техническим результатом изобретения является повышение частоты вращения ротора, возможность использования «длинного» «закритичного» ротора без опасности разрушения магнитов при переходе через собственные критические частоты и, следовательно, возможность повышения мощности синхронных машин с постоянными магнитами и повышение технологичности изготовления ротора, так как упрощается напрессовка бандажа на короткий диск и возможна отбраковка дефектного магнитного слоя и бандажа на стадии изготовления блоков (фиг. 2).The technical result of the invention is to increase the rotor speed, the ability to use a “long” “supercritical” rotor without the risk of destruction of the magnets when passing through its own critical frequencies and, therefore, the possibility of increasing the power of synchronous machines with permanent magnets and improving the manufacturability of the rotor, as it is easier to press bandage on a short disk and the possible rejection of the defective magnetic layer and bandage at the stage of manufacturing blocks (Fig. 2).

Изобретение относится к вращающимся электрическим машинам и касается способа изготовления ротора с постоянными магнитами.The invention relates to rotating electric machines and relates to a method for manufacturing a rotor with permanent magnets.

Известен ротор (US 6661145), состоящий из центрального шпинделя, на который насажены чередующиеся диски из постояных магнитов и из немагнитного высокопрочного материала, а также зажимного устройства, обеспечивающего осевое усилие смыкания на магнитных дисках, таким образом, получая фрикционное зацепление между дисками для передачи центробежных сил от дисков из постоянных магнитов на высокопрочные немагнитные диски, тем самым снимая с дисков из постоянных магнитов растягивающие напряжения.Known rotor (US 6661145), consisting of a central spindle, onto which alternating disks of permanent magnets and non-magnetic high-strength material are mounted, as well as a clamping device providing axial clamping force on the magnetic disks, thereby obtaining frictional engagement between the disks for transmitting centrifugal forces from disks from permanent magnets to high-strength non-magnetic disks, thereby removing tensile stresses from disks from permanent magnets.

Область применения предложенной конструкции ограничена электрическими машинами малой и средней мощности.The scope of the proposed design is limited to electric machines of low and medium power.

Известен ротор (RU 2211517), состоящий из магнитопровода, выполненного из равномерно чередующихся магнитных и немагнитных кольцевых пластин с размещенными на нем постоянными магнитами с полюсными наконечниками, между которыми имеются зазоры. На наружной поверхности полюсных наконечников выполнены кольцевые канавки, в которых размещен бандаж из немагнитного материала, выполненный в виде колец, соединенных через перемычки, размещенные в зазорах, с немагнитными кольцевыми пластинами. Выполнение колец за одно с перемычками и немагнитными кольцевыми пластинами и разделение постоянных магнитов на части позволяет передать нагрузки, возникающие при вращении ротора, в магнитопровод.Known rotor (RU 2211517), consisting of a magnetic circuit made of uniformly alternating magnetic and non-magnetic ring plates with permanent magnets placed on it with pole tips, between which there are gaps. On the outer surface of the pole pieces, annular grooves are made in which a band of non-magnetic material is placed, made in the form of rings connected through jumpers placed in the gaps to non-magnetic ring plates. The execution of the rings in one piece with jumpers and non-magnetic ring plates and the separation of the permanent magnets into parts allows you to transfer the loads that occur when the rotor rotates into the magnetic circuit.

Известен ротор (RU 2223585), состоящий из чередующихся магнитных и немагнитных дисков, в которых имеются окна для установки постоянных магнитов. Посередине перегородок между окнами в магнитных дисках выполнены прорези, образующие немагнитные зазоры между постоянными магнитами с полюсными наконечниками. Образовавшиеся перемычки между полюсными наконечниками и ярмом выполняют функцию удерживающих элементов, фиксирующих вместе с немагнитными всю конструкцию. Объединение ярма и полюсных наконечников в виде чередующихся магнитных и немагнитных пластин с окнами позволяет повысить надежность электрической машины.Known rotor (RU 2223585), consisting of alternating magnetic and non-magnetic disks, in which there are windows for installing permanent magnets. Slots are made in the middle of the partitions between the windows in the magnetic disks, forming non-magnetic gaps between the permanent magnets with pole tips. The resulting jumpers between the pole pieces and the yoke serve as retaining elements, fixing together with the non-magnetic entire structure. The combination of the yoke and the pole pieces in the form of alternating magnetic and non-magnetic plates with windows can improve the reliability of the electric machine.

Недостаток вышеперечисленных конструкций – наличие немагнитных дисков, ограничивающих индукцию в ярме магнитопровода и низкой технологичностью.The disadvantage of the above structures is the presence of non-magnetic disks that limit the induction in the yoke of the magnetic circuit and low adaptability.

Известен ротор (RU 2212752) электрической машины, содержащий магнитопровод с размещенными на нем постоянными магнитами с полюсными наконечниками. Между полюсными наконечниками имеются зазоры, в которых установлены удерживающие элементы. На наружной поверхности полюсных наконечников имеются кольцевые канавки, в которых размещен бандаж из немагнитного материала, выполненный в виде колец. Жесткое соединение удерживающих элементов с магнитопроводом и бандажом позволяет передать нагрузки, возникающие при вращении ротора, на магнитопровод.Known rotor (RU 2212752) of an electric machine containing a magnetic circuit with permanent magnets placed on it with pole tips. Between the pole pieces there are gaps in which the holding elements are mounted. On the outer surface of the pole pieces there are annular grooves in which a band of non-magnetic material is placed, made in the form of rings. A rigid connection of the holding elements with the magnetic circuit and the bandage allows you to transfer the loads that occur during rotation of the rotor to the magnetic circuit.

Недостаток конструкции – сложность конструкции магнитного вала и низкая технологичность.The design drawback is the complexity of the design of the magnetic shaft and low adaptability.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение массогабаритных показателей за счет расширения предела скоростных характеристик путем повышения надежности работы электрической машины при высоких частотах вращения при одновременном упрощении технологии изготовления ротора.The problem to which the invention is directed, is to improve overall dimensions by expanding the limit of speed characteristics by increasing the reliability of the electric machine at high rotational speeds while simplifying the manufacturing technology of the rotor.

Решение поставленной задачи достигается тем, что согласно способу изготовления ротора электрической машины, ротор выполняется сборным и включает операции изготовления блоков, сборки блоков на шпильки, штифтовки блоков и установки валов с подшипниковыми шейками. Блок представляет собой диск (1) из ферромагнитного (магнитопроводящего) материала (например, турбороторные стали и подобные), на периферии которого выполнена кольцевая проточка для фиксирования осевого положения постоянных магнитов. Постоянные магниты (2), имеющие форму трапеции, ограниченной двумя дугами, намагничены в радиальном направлении, установлены по периферии диска в чередующейся полярности и закреплены с помощью клея. От действия центробежных сил на поверхность постоянных магнитов напрессован высокопрочный (высокомодульный) бандаж (3), представляющий собой полый цилиндр из неферромагнитного материала (например, высокомодульное углеродное волокно, титановые сплавы и проч.). Напрессовка бандажа выполнима только при ограниченной длине.The solution to this problem is achieved by the fact that according to the method of manufacturing the rotor of an electric machine, the rotor is prefabricated and includes the operations of manufacturing blocks, assembling blocks onto studs, pinning blocks and installing shafts with bearing journals. The block is a disk (1) of ferromagnetic (magnetically conductive) material (for example, turborotor steels and the like), on the periphery of which an annular groove is made to fix the axial position of the permanent magnets. Permanent magnets (2), having the shape of a trapezoid bounded by two arcs, are magnetized in the radial direction, mounted on the periphery of the disk in alternating polarity and fixed with glue. From the action of centrifugal forces, a high-strength (high-modulus) bandage (3) is pressed onto the surface of the permanent magnets, which is a hollow cylinder of non-ferromagnetic material (for example, high-modulus carbon fiber, titanium alloys, etc.). Pressing the brace is feasible only with a limited length.

Изготовленные блоки после прохождения контроля и отбраковки собираются на шпильки (4) (одна центральная шпилька или несколько периферийных) с гайками (5) и штифтуются; на собранную конструкцию устанавливаются валы с подшипниковыми шейками (6, 7). Образованные за счет буртиков (8) дисков зазоры (9) между постоянными магнитами и воздухоподающие радиальные канавки в дисках улучшают условия охлаждения постоянных магнитов.After passing through inspection and rejection, the manufactured blocks are assembled onto the studs (4) (one central stud or several peripheral ones) with nuts (5) and pinned; shafts with bearing journals (6, 7) are mounted on the assembled structure. The gaps (9) formed by the flanges (8) of the disks between the permanent magnets and the air-supplying radial grooves in the disks improve the cooling conditions of the permanent magnets.

Указанными факторами предопределяется повышение технологичности сборки ротора и увеличение надежности машины.These factors determine the increase in the manufacturability of the rotor assembly and increase the reliability of the machine.

Изобретение поясняется чертежами, в которых на фиг. 1 показаны в продольном сечении элементы, соответствующие способу изготовления ротора электрической машины, например высоковольтного турбогенератора; на фиг. 2 – фрагмент соединения дисков.The invention is illustrated by drawings, in which FIG. 1 shows in longitudinal section elements corresponding to a method of manufacturing a rotor of an electric machine, for example a high-voltage turbogenerator; in FIG. 2 is a fragment of a disk connection.

Claims

The rotor of an electric machine, containing a core and magnetized in the radial direction, permanent magnets of alternating polarity, characterized in that the cylindrical rotor is prefabricated and consists of a package of magnetic blocks pulled together by axial pins and pins, each of the magnetic blocks is a disk made of ferromagnetic (magnetically conductive) material , on the periphery of which are installed and fixed by a bandage, which is a hollow cylinder of non-ferromagnetic material, magnetized in radial direction, permanent magnets of alternating polarity, shafts with bearing journals are installed at the ends of the package of magnetic blocks.