RU2386200C2

RU2386200C2 - Rotor of electric generator

Info

Publication number: RU2386200C2
Application number: RU2007132617/09A
Authority: RU
Inventors: Владимир Викторович Дидов (RU); Владимир Викторович Дидов; Виктор Дмитриевич Сергеев (RU); Виктор Дмитриевич Сергеев
Original assignee: Владимир Викторович Дидов; Виктор Дмитриевич Сергеев
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2010-04-10
Also published as: RU2007132617A

Abstract

FIELD: electric engineering.

SUBSTANCE: rotor comprises bush from non-magnetic material and cylinder placed on it and arranged of poles made of magnetic soft material, which alternate with permanent magnets, radial external ends of which are closed with non-magnetic metal wedges, outer surface of which corresponds to curvature of outer surface of cylinder. Non-magnetic bush, cylinder and non-magnetic metal wedges are rigidly fixed by vacuum-diffusion welding. Cylinder is made of magnetic soft material with high magnetic permeability, for instance, alloy 48KNF. Along its perimetre at identical distance from each other there are radial slots arranged for the whole length of the cylinder. Orifice is arranged in the form of bore along with shape of nonmagnetic metal wedge. Side walls of bore make a sharp angle with cylinder surface. Permanent magnets, for instance made of alloy Nd-Fe-B are installed in radial slots. Their cross section corresponds to cross section of slot covered by a nonmagnetic wedge. Bottom of bores may be cut into nonmagnetic bush. Bottom may be shaped as a cylinder to reduce concentration of stresses.

EFFECT: increased permissible circumferential speed at outer diametre of rotor and improvement of weight-and-dimensional indices.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромашиностроению, и может быть использовано при проектировании синхронных высокооборотных генераторов и электродвигателей, обеспечивающих высокую мощность при малых массогабаритных параметрах.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 that provide high power with small weight and size parameters.

Известен ротор электрической машины, содержащий ярмо с расположенными на нем постоянными магнитами разноименной полярности, на которых размещены полюсные наконечники. На наружной поверхности полюсных наконечников концентрично оси ротора выполнены кольцевые канавки, служащие для размещения бандажа, охватывающего все полюсные наконечники (см. SU 1677806 A1, H02K 21/14, 1989).Known rotor of an electric machine, containing a yoke with permanent magnets of opposite polarity located on it, on which the pole pieces are placed. Annular grooves are made on the outer surface of the pole pieces concentrically to the rotor axis, which serve to accommodate the brace covering all pole pieces (see SU 1677806 A1, H02K 21/14, 1989).

При высоких оборотах у ротора снижается надежность работы из-за повышенных механических напряжений в бандаже. Надежность устройства можно повысить за счет увеличения поперечного сечения бандажа, что приведет к увеличению массы и габаритов устройства.At high speeds, the rotor decreases reliability due to increased mechanical stresses in the bandage. The reliability of the device can be increased by increasing the cross-section of the bandage, which will lead to an increase in the mass and dimensions of the device.

Наиболее близким к данному изобретению устройством является ротор электрогенератора, содержащий втулку из немагнитного материала и надетый на нее цилиндр, составленный полюсами, выполненными из магнитомягкого материала, чередующимися с постоянными магнитами, радиальные наружные торцы которых перекрыты немагнитными металлическими клиньями, внешняя поверхность которых соответствует кривизне внешней поверхности цилиндра (см. В.А.Балагуров, Ф.Ф.Галтеев. Электрические генераторы с постоянными магнитами. М: Энергоатомиздат, 1988, с.30, рис.1.27).The closest device to this invention is an electric generator rotor containing a sleeve of non-magnetic material and a cylinder worn on it, made up of poles made of soft magnetic material, alternating with permanent magnets, the radial outer ends of which are overlapped by non-magnetic metal wedges, the outer surface of which corresponds to the curvature of the outer surface cylinder (see V.A. Balagurov, F.F.Galteev. Electric generators with permanent magnets. M: Energoatomizdat, 1988, p.30, Fig. 1.27 )

Недостатком известного устройства является невозможность обеспечения высокой мощности при ограниченных массогабаритных параметрах устройства, которую можно было бы получить за счет повышения частоты вращения ротора, в связи недостаточной механической прочностью ротора, приводящей к возможности его разрушения при эксплуатации в режиме повышенных частот вращения.A disadvantage of the known device is the inability to provide high power with limited weight and size parameters of the device, which could be obtained by increasing the rotor speed, due to the insufficient mechanical strength of the rotor, leading to the possibility of its destruction during operation in the mode of increased speed.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение механической прочности ротора, обеспечивающей возможность его использования в режиме повышенной окружной скорости без увеличения его массогабаритных параметров и технологичности изготовления.The task to which the proposed technical solution is directed is to increase the mechanical strength of the rotor, which makes it possible to use it in the mode of increased peripheral speed without increasing its overall dimensions and manufacturability.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в повышении допустимой окружной скорости на наружном диаметре ротора и обеспечении хороших массогабаритных показателей.The technical result that is achieved when solving the problem is expressed in increasing the permissible peripheral speed on the outer diameter of the rotor and providing good overall dimensions.

Поставленная задача решается тем, что ротор электрогенератора, содержащий втулку из немагнитного материала и надетый на нее цилиндр, составленный полюсами, выполненными из магнитомягкого материала, чередующимися с постоянными магнитами, радиальные наружные торцы которых перекрыты немагнитными металлическими клиньями, внешняя поверхность которых соответствует кривизне внешней поверхности цилиндра, отличается тем, что цилиндр выполнен из магнитомягкого материала с высокой магнитной проницаемостью, при этом по его периметру на одинаковом расстоянии друг от друга выполнены радиальные пазы на всю длину цилиндра, при этом устье выполнено в виде проточки по форме немагнитного металлического клина, а боковые стенки проточки составляют острый угол с поверхностью цилиндра, причем постоянные магниты размещены в радиальных пазах, а их поперечное сечение соответствует поперечному сечению паза, перекрытому немагнитным металлическим клином, кроме того, немагнитная втулка, цилиндр и немагнитные металлические клинья жестко скреплены между собой.The problem is solved in that the generator rotor containing a sleeve of non-magnetic material and a cylinder worn on it, composed of poles made of soft magnetic material, alternating with permanent magnets, the radial outer ends of which are overlapped by non-magnetic metal wedges whose outer surface corresponds to the curvature of the outer surface of the cylinder , characterized in that the cylinder is made of soft magnetic material with high magnetic permeability, while along its perimeter by one At a far distance from each other, radial grooves are made for the entire length of the cylinder, while the mouth is made in the form of a groove in the shape of a non-magnetic metal wedge, and the side walls of the groove make an acute angle with the surface of the cylinder, and the permanent magnets are placed in radial grooves, and their cross section corresponds to the cross-section of the groove overlapped by a non-magnetic metal wedge, in addition, the non-magnetic sleeve, cylinder and non-magnetic metal wedges are rigidly bonded to each other.

При этом немагнитная втулка, цилиндр и немагнитные металлические клинья скреплены вакуумно-диффузионной сваркой.In this case, the non-magnetic sleeve, cylinder and non-magnetic metal wedges are fastened by vacuum diffusion welding.

Сопоставительный анализ совокупности существенных признаков предлагаемого технического решения и совокупности существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».A comparative analysis of the set of essential features of the proposed technical solution and the set of essential features of the prototype and analogues indicates its compliance with the criterion of "novelty".

При этом существенные признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.In this case, the essential features of the characterizing part of the claims solve the following functional tasks.

Признак «…цилиндр выполнен из магнитомягкого материала с высокой магнитной проницаемостью, при этом по его периметру, на одинаковом расстоянии друг от друга выполнены радиальные пазы на всю длину цилиндра…» позволяет обеспечить возможность формирования системы полюсов и «гнезд» (для последующего размещения постоянных магнитов) в процессе механической обработки заготовки ротора, представляющей из себя монолитную композицию (после первого этапа вакуумно-диффузионной сварки), включающую втулку из немагнитной стали и цилиндр из магнитомягкого материала с высокой магнитной проницаемостью.The sign "... the cylinder is made of soft magnetic material with high magnetic permeability, while along its perimeter, at the same distance from each other, radial grooves are made for the entire length of the cylinder ..." allows the formation of a system of poles and "nests" (for subsequent placement of permanent magnets ) during the machining of the rotor blank, which is a monolithic composition (after the first stage of vacuum diffusion welding), including a sleeve of non-magnetic steel and a cylinder of magnet soft material with high magnetic permeability.

Признак «…устье выполнено в виде проточки по форме немагнитного клина, а боковые стенки проточки составляют острый угол с поверхностью цилиндра…» обеспечивает возможность механической фиксации немагнитных клиньев в заготовке ротора и удержание их на месте в процессе второго этапа вакуумно-диффузионной сварки, кроме того, тем самым повышается прочность фиксации клиньев за счет использования прочности соответствующих слоев заготовки ротора.The sign "... the mouth is made in the form of a groove in the shape of a non-magnetic wedge, and the side walls of the groove make an acute angle with the surface of the cylinder ..." provides the possibility of mechanical fixation of non-magnetic wedges in the rotor blank and keeping them in place during the second stage of vacuum diffusion welding, in addition , thereby increasing the strength of the fixation of the wedges by using the strength of the respective layers of the rotor blank.

Признак «…постоянные магниты размещены в радиальных пазах, а их поперечное сечение соответствует поперечному сечению паза, перекрытому немагнитным металлическим клином…» обеспечивает повышение эффективности формирования магнитного поля в воздушном зазоре.The sign "... permanent magnets are placed in radial grooves, and their cross section corresponds to the cross section of the groove overlapped by a non-magnetic metal wedge ..." provides an increase in the efficiency of magnetic field formation in the air gap.

Признак «…немагнитная втулка, цилиндр и немагнитные металлические клинья жестко скреплены между собой…» обеспечивают значительное повышение механической прочности ротора.The sign "... non-magnetic sleeve, cylinder and non-magnetic metal wedges are rigidly bonded to each other ..." provide a significant increase in the mechanical strength of the rotor.

Совокупность признаков второго пункта формулы изобретения конкретизируют технологический прием обеспечения жесткого скрепления между собой немагнитной втулки, цилиндра и немагнитных металлических клиньев.The set of features of the second paragraph of the claims specify the technological method of providing a rigid bond between a non-magnetic sleeve, a cylinder and non-magnetic metal wedges.

На фиг.1 показан поперечный разрез ротора электрогенератора, на фиг.2 - заготовка ротора электрогенератора.Figure 1 shows a cross section of the rotor of the generator, figure 2 - the workpiece of the rotor of the generator.

Ротор электрогенератора содержит втулку 1 из немагнитного материала и надетый на нее цилиндр 2, составленный полюсами, выполненными из магнитомягкого материала, чередующимися с постоянными магнитами 3, радиальные наружные торцы которых перекрыты немагнитными металлическими клиньями 4, внешняя поверхность которых соответствует кривизне внешней поверхности цилиндра 2. Немагнитная втулка 1, цилиндр 2 и немагнитные металлические клинья 4 жестко скреплены вакуумно-диффузионной сваркой. Цилиндр 2 выполнен из магнитомягкого материала с высокой магнитной проницаемостью (например, сплава 48КНФ). По его периметру на одинаковом расстоянии друг от друга выполнены радиальные пазы 5 на всю длину цилиндра 2, при этом устье выполнено в виде проточки 6 по форме немагнитного металлического клина 4. Боковые стенки проточки 6 составляют острый угол с поверхностью цилиндра 2, причем постоянные магниты 3 (например, магниты из сплава Nd-Fe-B) размещены в радиальных пазах 5, а их поперечное сечение соответствует поперечному сечению паза, перекрытому немагнитным клином 4. Дно проточек 6 может быть врезано в немагнитную втулку 1, причем дну может быть придана цилиндрическая форма с целью уменьшения концентрации напряжений.The generator rotor contains a sleeve 1 of non-magnetic material and a cylinder 2 worn on it, composed of poles made of soft magnetic material, alternating with permanent magnets 3, the radial outer ends of which are overlapped by non-magnetic metal wedges 4, the outer surface of which corresponds to the curvature of the outer surface of cylinder 2. Non-magnetic sleeve 1, cylinder 2 and non-magnetic metal wedges 4 are rigidly fastened by vacuum diffusion welding. Cylinder 2 is made of a soft magnetic material with high magnetic permeability (for example, 48KNF alloy). Along its perimeter, radial grooves 5 are made at the same distance from each other for the entire length of cylinder 2, while the mouth is made in the form of a groove 6 in the form of a non-magnetic metal wedge 4. The side walls of the groove 6 make an acute angle with the surface of the cylinder 2, with permanent magnets 3 (for example, Nd-Fe-B alloy magnets) are placed in the radial grooves 5, and their cross section corresponds to the cross section of the groove overlapped by a non-magnetic wedge 4. The bottom of the grooves 6 can be cut into a non-magnetic sleeve 1, and the bottom can be attached a cylindrical shape to reduce stress concentration.

Ротор собирается в следующем порядке. На втулку 1 надевают цилиндр 2. Подбор материалов позволяет использовать вакуумно-диффузионную сварку для получения заготовки ротора, представляющей из себя монолитную композицию (после первого этапа вакуумно-диффузионной сварки), включающую втулку 1 из немагнитной стали и цилиндр 2 из магнитомягкого материала с высокой магнитной проницаемостью. Далее заготовку ротора подвергают механической обработке, в процессе которой по периметру цилиндра 2 на одинаковом расстоянии друг от друга вырезают радиальные пазы 5 на всю длину цилиндра 2, одновременно вырезают проточки 6 под немагнитные металлические клинья 4. Боковые стенки проточки 6 составляют острый угол с поверхностью цилиндра 2. Затем полученную заготовку ротора подвергают термическому расширению, для чего ее помещают в нагревательную печь и подвергают воздействию температур, обеспечивающих достаточное расширение, чтобы обеспечить проталкивание немагнитных металлических клиньев 4. Далее полученную конструкцию подвергают вакуумно-диффузионной сварке и снова подвергают термическому расширению для проталкивания постоянных магнитов 3 через торцевую поверхность цилиндра 2. Температура нагрева заготовки должна быть не выше точки Кюри для постоянных магнитов с целью предотвращения его размагничивания.The rotor is assembled in the following order. A cylinder 2 is put on the sleeve 1. The selection of materials allows the use of vacuum diffusion welding to obtain a rotor blank, which is a monolithic composition (after the first stage of vacuum diffusion welding), including a sleeve 1 of non-magnetic steel and a cylinder 2 of magnetically soft material with high magnetic permeability. Next, the rotor blank is subjected to mechanical processing, during which radial grooves 5 are cut along the perimeter of cylinder 2 at the same distance from each other for the entire length of cylinder 2, grooves 6 are cut underneath non-magnetic metal wedges 4. The side walls of the groove 6 form an acute angle with the surface of the cylinder 2. Then, the obtained rotor blank is subjected to thermal expansion, for which it is placed in a heating furnace and subjected to temperatures providing sufficient expansion to ensure read the pushing of non-magnetic metal wedges 4. Next, the resulting structure is subjected to vacuum diffusion welding and again subjected to thermal expansion to push the permanent magnets 3 through the end surface of the cylinder 2. The heating temperature of the workpiece should not be higher than the Curie point for permanent magnets in order to prevent its demagnetization.

При вращении ротора магнитный поток полюсов наводит ЭДС в обмотке статора, которую можно использовать для электропитания потребителей.When the rotor rotates, the magnetic flux of the poles induces an EMF in the stator winding, which can be used to power consumers.

Claims

An electric generator rotor comprising a sleeve of non-magnetic material and a cylinder worn on it, made with poles of magnetically soft material with high magnetic permeability, alternating with permanent magnets, the radial outer ends of which are overlapped by metal wedges made of non-magnetic materials, the outer surface of which corresponds to the curvature of the outer surface cylinder, while along the perimeter of the cylinder at the same distance from each other, radial grooves are made for the entire length of the cylinder, except moreover, the mouth is provided with grooves in the shape of a non-magnetic metal wedge, and the permanent magnets are placed in radial grooves, and their cross section corresponds to the cross section of the groove overlapped by a non-magnetic metal wedge, characterized in that the sleeve, the cylinder, composed of poles, and metal wedges are rigidly fastened between preferably vacuum diffusion welding.