RU2444107C1 - Electric machine rotor - Google Patents
Electric machine rotor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2444107C1 RU2444107C1 RU2010128827/07A RU2010128827A RU2444107C1 RU 2444107 C1 RU2444107 C1 RU 2444107C1 RU 2010128827/07 A RU2010128827/07 A RU 2010128827/07A RU 2010128827 A RU2010128827 A RU 2010128827A RU 2444107 C1 RU2444107 C1 RU 2444107C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- cylinder
- permanent magnets
- grooves
- cylindrical bushings
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромашиностроению, и может быть использовано при проектировании электрогенераторов и электродвигателей с высокой частотой вращения.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to electrical engineering, and can be used in the design of electric generators and electric motors with high speed.
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.
Известен также ротор электромашины, содержащий полый вал из немагнитного материала и надетый на него цилиндр, выполненный из магнитомягкого материала с высокой магнитной проницаемостью, в продольных радиальных пазах которого размещены постоянные магниты, зафиксированные немагнитными металлическими клиньями, внешняя поверхность которых соответствует кривизне внешней поверхности цилиндра (см. Балагуров В.А., Галтеев Ф.Ф. Электрические генераторы с постоянными магнитами. - М.: Энергоатомиздат, 1988, с.30, рис.1.27).The rotor of an electric machine is also known, containing a hollow shaft of non-magnetic material and a cylinder worn on it, made of soft magnetic material with high magnetic permeability, in the longitudinal radial grooves of which are placed permanent magnets fixed by non-magnetic metal wedges, the outer surface of which corresponds to the curvature of the outer surface of the cylinder (cm Balagurov V.A., Galteev F.F. 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.
Задачей, 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 предотвращение чрезмерных радиальных расширений ротора при вращении с целью использования наружной поверхности ротора в качестве цапфы газового подшипника.The task to which the proposed technical solution is directed is to increase the mechanical strength of the rotor, making it possible to use it in the mode of increased peripheral speed without increasing its weight and size parameters and to prevent excessive radial expansion of the rotor during rotation in order to use the outer surface of the rotor as a gas bearing journal.
Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении возможности использования газового слоя в зазоре между втулкой, размещенной в статоре и зафиксированной в торцевых щитах, и ротором электромашины для организации газового подшипника и за счет этого отказа от подшипников качения. Кроме того, повышается ресурс электромашины при работе на повышенных и высоких частотах вращения. При этом прогиб вала электромашины отсутствует, что очень существенно для мощных электромашин.The technical result that is achieved when solving the problem is expressed in providing the possibility of using a gas layer in the gap between the sleeve, placed in the stator and fixed in the end shields, and the rotor of the electric machine for organizing the gas bearing and due to this rejection of the rolling bearings. In addition, the resource of the electric machine increases when working at high and high speeds. In this case, the shaft deflection of the electric machine is absent, which is very important for powerful electric machines.
Для решения поставленной задачи ротор электромашины, содержащий полый вал из немагнитного материала и надетый на него цилиндр, выполненный из магнитомягкого материала с высокой магнитной проницаемостью, в продольных радиальных пазах которого размещены постоянные магниты, зафиксированные немагнитными металлическими клиньями, внешняя поверхность которых соответствует кривизне внешней поверхности цилиндра, отличается тем, что цилиндр жестко скреплен с полым валом и немагнитными металлическими клиньями по всей площади их контактов, при этом торцы ротора жестко скреплены с цилиндрическими втулками, выполненными из немагнитного металла, соосными и жестко скрепленными с полым валом, причем внешний диаметр цилиндрических втулок равен диаметру ротора, кроме того, цилиндрические втулки снабжены сквозными проточками, ориентированными параллельно продольной оси цилиндра, при этом сквозные проточки совпадают по количеству и местоположению с продольными радиальными пазами цилиндра и превышают их размеры на величину, достаточную для свободного прохода через них постоянных магнитов, кроме того, постоянные магниты снабжены средствами их фиксации в продольных радиальных пазах цилиндра.To solve this problem, the rotor of an electric machine containing a hollow shaft of non-magnetic material and a cylinder worn on it, made of soft magnetic material with high magnetic permeability, in the longitudinal radial grooves of which are placed permanent magnets fixed by non-magnetic metal wedges, the outer surface of which corresponds to the curvature of the outer surface of the cylinder , characterized in that the cylinder is rigidly fastened with a hollow shaft and non-magnetic metal wedges over the entire area of their contacts, p and the ends of the rotor are rigidly bonded to cylindrical bushings made of non-magnetic metal, coaxial and rigidly bonded to the hollow shaft, the outer diameter of the cylindrical bushings being equal to the diameter of the rotor, in addition, the cylindrical bushings are provided with through grooves oriented parallel to the longitudinal axis of the cylinder, while the grooves coincide in number and location with the longitudinal radial grooves of the cylinder and exceed their dimensions by an amount sufficient for free passage through them are constant magnets, moreover, the permanent magnets are provided with means for their fixation in radial longitudinal slots of the cylinder.
Кроме того, средства фиксации постоянных магнитов в продольных радиальных пазах цилиндра выполнены в виде деталей из немагнитного металла, повторяющих поперечное сечение сквозных проточек цилиндрических втулок и размещены с натягом в сквозных проточках, в контакте с торцами постоянных магнитов. Кроме того, свободный торец, по меньшей мере, одной цилиндрической втулки закрыт съемной крышкой. Кроме того, для скрепления жестко соединяемых деталей ротора использована вакуумно-диффузионная сварка.In addition, the means for fixing permanent magnets in the longitudinal radial grooves of the cylinder are made in the form of non-magnetic metal parts repeating the cross section of the through grooves of the cylindrical bushings and are tightly placed in the through grooves in contact with the ends of the permanent magnets. In addition, the free end of the at least one cylindrical sleeve is closed by a removable cover. In addition, vacuum-diffusion welding was used to fasten the rigidly connected parts of the rotor.
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 жестко скреплен с полым валом и немагнитными металлическими клиньями по всей площади их контактов, при этом торцы ротора жестко скреплены с цилиндрическими втулками, выполненными из немагнитного металла, соосными и жестко скрепленными с полым валом…» обеспечивает возможность работы электрической машины и позволяет увеличить прочность цилиндрических втулок, значительно уменьшить их расширение в радиальном направлении от действия центробежных сил и, тем самым, предотвратить заклинивание газового подшипника при высоких окружных скоростях ввиду малости радиального зазора газового подшипника.The sign "... the cylinder is rigidly bonded to the hollow shaft and non-magnetic metal wedges over the entire area of their contacts, while the ends of the rotor are rigidly bonded to cylindrical bushings made of non-magnetic metal, coaxial and rigidly bonded to the hollow shaft ..." allows the operation of the electric machine and allows to increase the strength of cylindrical bushings, significantly reduce their expansion in the radial direction from the action of centrifugal forces and, thereby, prevent jamming of the gas bearing at high low peripheral speeds due to the small radial clearance of the gas bearing.
Признак «…внешний диаметр цилиндрических втулок равен диаметру ротора…» позволяет использовать поверхности цилиндрических втулок и ротора в качестве цапфы газового подшипника, увеличить площадь его опорной поверхности и тем самым значительно повысить несущую способность, жесткость газового слоя подшипника, повысить устойчивость ротора к «полускоростному вихрю».The sign "... the outer diameter of the cylindrical bushings is equal to the diameter of the rotor ..." allows you to use the surface of the cylindrical bushings and the rotor as a trunnion of the gas bearing, increase the area of its bearing surface and thereby significantly increase the bearing capacity, rigidity of the gas layer of the bearing, increase the resistance of the rotor to a "half-speed vortex ".
Признак «…цилиндрические втулки снабжены сквозными проточками, ориентированными параллельно продольной оси цилиндра, при этом сквозные проточки совпадают по количеству и местоположению с продольными радиальными пазами цилиндра и превышают их размеры на величину, достаточную для свободного прохода через них постоянных магнитов…» позволяет выполнить сборку индуктора после вакуумно-диффузионной сварки.The sign "... cylindrical bushings are equipped with through grooves oriented parallel to the longitudinal axis of the cylinder, while the through grooves coincide in number and location with the longitudinal radial grooves of the cylinder and exceed their dimensions by an amount sufficient for free passage of permanent magnets through them ..." allows the assembly of the inductor after vacuum diffusion welding.
Признаки «…средства фиксации постоянных магнитов в продольных радиальных пазах цилиндра, выполнены в виде деталей из немагнитного металла, повторяющих поперечное сечение сквозных проточек цилиндрических втулок и размещены с натягом в сквозных проточках, в контакте с торцами постоянных магнитов…» и «…свободный торец, по меньшей мере, одной цилиндрической втулки закрыт съемной крышкой» позволяют предотвратить смещение магнитов в осевом направлении и, тем самым, предотвратить разбалансировку ротора при вращении, а наличие крышек позволяет уменьшить вентиляционные потери.Signs "... means of fixing permanent magnets in the longitudinal radial grooves of the cylinder, made in the form of parts of non-magnetic metal, repeating the cross section of the through grooves of the cylindrical bushings and placed tightly in the through grooves, in contact with the ends of the permanent magnets ..." and "... free end, of at least one cylindrical sleeve closed with a removable cover "prevent the displacement of the magnets in the axial direction and, thereby, prevent the rotor from unbalancing during rotation, and the presence of covers It helps to reduce ventilation losses.
Признак «…для скрепления жестко соединяемых деталей ротора использована вакуумно-диффузионная сварка» позволяет обеспечить дополнительную прочность и жесткость ротора.The sign “... vacuum-diffusion welding was used to fasten rigidly connected rotor parts” allows to provide additional strength and rigidity of the rotor.
Заявленное устройство иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез ротора и на фиг.2, 3 - его поперечные сечения, и на фиг.4 показан продольный разрез электромашины.The claimed device is illustrated by drawings, where figure 1 shows a longitudinal section of the rotor and figure 2, 3 - its cross sections, and figure 4 shows a longitudinal section of an electric machine.
Ротор электромашины (см. фиг.1-3) содержит полый вал 1 из немагнитного материала и надетый на него цилиндр 2, выполненный из магнитомягкого материала с высокой магнитной проницаемостью, в продольных радиальных пазах 3 которого размещены постоянные магниты 4, зафиксированные немагнитными металлическими клиньями 5, внешняя поверхность которых соответствует кривизне внешней поверхности цилиндра 2. Цилиндр 2 жестко скреплен с полым валом 1 и немагнитными металлическими клиньями 5 по всей площади их контактов. При этом торцы ротора жестко скреплены с цилиндрическими втулками 6, 7, выполненными из немагнитного металла, соосными и жестко скрепленными с полым валом 1, причем внешний диаметр цилиндрических втулок 6, 7 равен диаметру ротора. Цилиндрические втулки 6, 7 снабжены сквозными проточками 8, ориентированными параллельно продольной оси цилиндра 2, при этом сквозные проточки 8 совпадают по количеству и местоположению с продольными радиальными пазами 3 цилиндра 2 и превышают их размеры на величину, достаточную для свободного прохода через них постоянных магнитов 4. Постоянные магниты 4 снабжены средствами их фиксации 9 от осевого перемещения в продольных радиальных пазах 3 цилиндра 2. Средства фиксации 9 постоянных магнитов 4 в продольных радиальных пазах 3 цилиндра 2 выполнены в виде деталей из немагнитного металла, повторяющих поперечное сечение сквозных проточек 8 цилиндрической втулки 7 и размещены с натягом в сквозных проточках 8 цилиндрической втулки 7, в контакте с торцами постоянных магнитов 4. Торец цилиндрической втулки 6 закрыт крышкой 10, которая жестко скреплена с этой втулкой. На вал 1 надевается стопорное кольцо 11 для предотвращения осевого перемещения магнитов 4 в пазах 3. Втулка 7 закрыта съемной крышкой 12. Для скрепления жестко соединяемых деталей ротора использована вакуумно-диффузионная сварка.The rotor of an electric machine (see Figs. 1-3) contains a hollow shaft 1 of non-magnetic material and a
На фиг.4 показан корпус 13 электромашины, в полости которого установлен сердечник статора 14, выполненный известным образом из одного или нескольких пакетов электротехнической стали, с обмоткой 15. В полости сердечника статора 14 установлена цилиндрическая втулка 16, выполненная из изоляционного немагнитного материала, например, стеклотекстолита, с антифрикционным покрытием (например, ВАП-3) внутренней поверхности втулки 16. Втулка 16 жестко зафиксирована от проворачивания своими концевыми участками в торцевых щитах 17, 18 корпуса 13 электромашины.Figure 4 shows the
Между наружной цилиндрической поверхностью цилиндра 2, наружной цилиндрической поверхностью втулок 6, 7 и внутренней поверхностью изоляционной немагнитной втулки 16 оставлен небольшой зазор, открытый со стороны торцевых щитов 17, 18. Газодинамический подшипник составляет внутреннюю поверхность втулки 16, наружную цилиндрическую поверхность цилиндра 2, наружную цилиндрическую поверхность втулок 6, 7 и зазор между ними.Between the outer cylindrical surface of the
Ротор изготавливают в следующем порядке (фиг.1, 2, 3). На вал 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 вал 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 3 на всю длину цилиндра 2. Из немагнитного материала, например, нержавеющей стали, изготавливают две цилиндрические втулки 6 и 7 с пазами необходимой конфигурации и торцевые крышки 10, 12. Во втулку 6 устанавливают стопорное кольцо 11. В пазы 3 цилиндра 2 вставляют немагнитные клинья 5, на вал 1 надевают цилиндрические втулки 6, 7 с необходимой ориентацией и устанавливают крышку 10. Полученную сборку подвергают вакуумно-диффузионной сварке. Затем полученную конструкцию подвергают термическому расширению, для чего ее помещают в нагревательную печь и нагревают до рабочей температуры магнитов, обеспечивающей достаточное расширение для свободного проталкивания постоянных магнитов 4 в пазы 3 через втулку 7. Постоянные магниты 4 фиксируют средствами фиксации 9 и устанавливают крышку 12.The rotor is made in the following order (figure 1, 2, 3). A
Заявленное устройство работает следующим образом (см. фиг.4). При вращении ротора газ в зазоре, образованном внутренней поверхностью втулки 16, наружной цилиндрической поверхностью цилиндра 2, наружной цилиндрической поверхностью втулок 6, 7, увлекается наружной поверхностью цилиндра 2 и наружной цилиндрической поверхностью втулок 6, 7, создает газодинамическую подъемную силу за счет разности зазоров в верхней и нижней частях подшипника (за счет эксцентричности продольной оси цилиндра 2 и втулки 16, обеспечивающей поддержание ротора в подвешенном состоянии относительно втулки 16, неподвижной относительно статора 14. При вращении ротора в цилиндрических втулках 6, 7, продольных перемычках 19 и вале 1 возникают напряжения от центробежных сил и они тем больше, чем выше частота вращения ротора. Продольные перемычки 19 и вал 1 препятствуют расширению наружных поверхностей цилиндрических втулок 6, 7 от действия центробежных сил и тем самым снижают эквивалентные напряжения. При отсутствии центрального отверстия в вале 1 напряжения минимальны (отсутствует эффект «булавочного укола»). Профилируя соответствующим образом продольные перемычки 19, можно уменьшить массу ротора, значительно уменьшить радиальные расширения цилиндрических втулок и тем самым предотвратить заклинивание газового подшипника при высоких частотах вращения ротора.The claimed device operates as follows (see figure 4). When the rotor rotates, the gas in the gap formed by the inner surface of the sleeve 16, the outer cylindrical surface of the
Работа электромашины не отличается от работы известных устройств аналогичного назначения.The operation of an electric machine does not differ from the operation of known devices of a similar purpose.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010128827/07A RU2444107C1 (en) | 2010-07-12 | 2010-07-12 | Electric machine rotor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010128827/07A RU2444107C1 (en) | 2010-07-12 | 2010-07-12 | Electric machine rotor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2444107C1 true RU2444107C1 (en) | 2012-02-27 |
Family
ID=45852436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010128827/07A RU2444107C1 (en) | 2010-07-12 | 2010-07-12 | Electric machine rotor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2444107C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4645961A (en) * | 1983-04-05 | 1987-02-24 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Dynamoelectric machine having a large magnetic gap and flexible printed circuit phase winding |
| SU1677806A1 (en) * | 1989-05-29 | 1991-09-15 | Предприятие П/Я Г-4993 | Electric machine rotor |
| RU2161852C2 (en) * | 1998-03-03 | 2001-01-10 | Открытое акционерное общество "Альметьевский насосный завод" | Submersible electric motor with permanent magnets |
| RU2362259C1 (en) * | 2008-06-09 | 2009-07-20 | Закрытое акционерное общество "ЗЭиМ-Лайн" | Permanent magnet motor |
| US7646126B2 (en) * | 2004-02-27 | 2010-01-12 | Board Of Regents Of The Nevada System Of Higher Education On Behalf Of The University Of Nevada, Reno | Permanent-magnet switched-flux machine |
-
2010
- 2010-07-12 RU RU2010128827/07A patent/RU2444107C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4645961A (en) * | 1983-04-05 | 1987-02-24 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Dynamoelectric machine having a large magnetic gap and flexible printed circuit phase winding |
| SU1677806A1 (en) * | 1989-05-29 | 1991-09-15 | Предприятие П/Я Г-4993 | Electric machine rotor |
| RU2161852C2 (en) * | 1998-03-03 | 2001-01-10 | Открытое акционерное общество "Альметьевский насосный завод" | Submersible electric motor with permanent magnets |
| US7646126B2 (en) * | 2004-02-27 | 2010-01-12 | Board Of Regents Of The Nevada System Of Higher Education On Behalf Of The University Of Nevada, Reno | Permanent-magnet switched-flux machine |
| RU2362259C1 (en) * | 2008-06-09 | 2009-07-20 | Закрытое акционерное общество "ЗЭиМ-Лайн" | Permanent magnet motor |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| БАЛАГУРОВ В.А., ГАЛТЕЕВ Ф.Ф. Электрические генераторы с постоянными магнитами. - М.: Энергоатомиздат, 1988, с.30, рис.1.27. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2894788C (en) | Permanent magnet machine with segmented sleeve for magnets | |
| US9030071B2 (en) | Electrical machines | |
| US20130062984A1 (en) | Permanent Magnet Electrical Machine Rotors and Construction Methods Therefor | |
| RU2386200C2 (en) | Rotor of electric generator | |
| US8304948B2 (en) | Rotor structure for a permanent magnet electrical machine | |
| CN104904103A (en) | Machine with two co-axial rotors | |
| ATE388509T1 (en) | ELECTRICAL MACHINE AND SLIP RING ELEMENT FOR AN ELECTRICAL MACHINE | |
| RU2547450C1 (en) | System based on hybrid magnetic bearings | |
| US9140262B2 (en) | Turbocharger embedding an electrical machine with permanent magnets | |
| RU2541356C1 (en) | Electric machine | |
| US10326332B2 (en) | Electric machine | |
| RU2444107C1 (en) | Electric machine rotor | |
| RU2444108C1 (en) | Electric machine rotor | |
| US9133848B2 (en) | Turbocharger embedding an electrical machine with a DC coil | |
| CN110022015B (en) | Surface-mounted magnetic suspension motor rotor and processing technology thereof | |
| JP2020501490A (en) | Improvement of rotating generator | |
| RU2474945C2 (en) | Electric machine | |
| RU124339U1 (en) | MAGNET BEARING | |
| AU2017277892B2 (en) | Rotating mass energy store | |
| RU2489788C2 (en) | Electric machine | |
| RU2626461C1 (en) | System based on magnetic bearings | |
| RU2660821C1 (en) | Electric machine | |
| CN112385128B (en) | Electric motor with auxiliary movable self-steering stator | |
| RU2610449C1 (en) | Electric machine | |
| RU2580676C1 (en) | Electric machine rotor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130713 |