РОТОР ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ГЕНЕРАТОРА
ROTOR OF HIGH-SPEED GENERATOR

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано в высокоскоростных электрических генераторах.
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.
Недостатками данной конструкции являются низкая механическая прочность и ограниченные функциональные возможности, обусловленные незначительными скоростями вращения ротора.
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.
Недостатками данной конструкции являются низкая механическая прочность и ограниченные функциональные возможности, обусловленные незначительными скоростями вращения ротора.
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).
Недостатками данной конструкции являются низкая механическая прочность и ограниченные функциональные возможности, обусловленные незначительными скоростями вращения ротора.
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.
Недостатками данной конструкции являются низкая механическая прочность и ограниченные функциональные возможности, обусловленные незначительными скоростями вращения ротора.
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.
Недостатками данной конструкции являются низкая механическая прочность и ограниченные функциональные возможности, обусловленные незначительными скоростями вращения ротора.
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.
Недостатками данной конструкции являются низкая механическая прочность и ограниченные функциональные возможности, обусловленные незначительными скоростями вращения ротора.
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.
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.
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.
Техническим результатом является повышение надежности и долговечности ротора высокоскоростного генератора, а также повышение его энергетических характеристик.
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.
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.
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.
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).
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.
Итак, заявляемое изобретение позволяет повысить надежность, долговечность и энергетические характеристики ротора высокоскоростного генератора.