РОТОР БЫСТРОХОДНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к технологии изготовления высокоскоростных электрических машин.
В современной автономной энергетике быстроходные асинхронные двигатели с массивным ротором находят все большее применение в широком диапазоне мощностей и скоростей вращения. Быстроходные асинхронные двигатели с массивным ротором используются, например, в области нефте- и газодобычи (мощностью Р=6-8 МВт, со скоростью вращения n≥6000 об/мин), в области робототехники, космической техники (Р≤1000 кВт, n≤60000 об/мин).
Известны роторы асинхронных машин, содержащие собственно массивную активную часть бочку ротора с аксиальными пазами на поверхности, торцевые короткозамыкающие немагнитные токопроводящие кольца, и высокопроводящие стержни, уложенные в пазы ротора, см. авторское свидетельство СССР №1457067.
Известен ротор асинхронный машины, содержащий вал с насаженной на ней массивной бочкой ротора, торцевые немагнитные электропроводящие короткозамыкающие кольца, продольные пазы в бочке ротора и короткозамыкающих кольцах с проводящими немагнитными стержнями, в котором, с целью повышения надежности, устранения зубцовых гармоник, повышения пускового момента и улучшения динамических характеристик, поверх массивного зубчатого ротора с короткозамкнутой клеткой насажена массивная втулка из ферромагнитного материала, служащая для устранения зубцовых гармоник, предохранения стержней от выпадания из пазов под воздействием центробежных усилий при вращении и улучшении пусковых свойств, крепление которой к массивной бочке ротора осуществлено при помощи винтов с шайбами, см. патент РФ №2097901.
Данное техническое решение принято нами в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является наличие массивных втулок из ферромагнитного материала, которые прикрепляются к бочке ротора при помощи винтов с шайбами и предохраняют стержни от выпадания из пазов под воздействием центробежных усилий, но не влияют на величину переходного электрического сопротивления на контактных поверхностях паза ротора и короткозамыкающего кольца.
Задача полезной модели заключается в создании конструкции массивного ротора быстроходного асинхронного двигателя повышенной надежности с пониженным переходным электрическим сопротивлением на контактных поверхностях паза ротора и короткозамыкающего кольца.
Сущность заявляемой полезной модели как технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого полезной моделью технического результата.
Ротор быстроходного асинхронного двигателя, включающий вал с насаженным на нем массивным ротором и торцевые немагнитные электропроводящие короткозамыкающие кольца, характеризующийся тем, что короткозамыкающие кольца установлены в кольцевых пазах, выполненных в теле ротора по его торцам, при этом короткозамыкающие кольца выполнены коническими.
В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Кроме того, полезная модель характеризуется рядом дополнительных признаков, а именно:
- кольцевые пазы могут быть выполнены коническими;
- в теле ротора ближе к его продольной оси по отношению к кольцевым пазам могут быть выполнены кольцевые проточки;
- ротор может быть снабжен совокупностью вставок из электропроводящего материала, установленных в сквозных радиальных отверстиях в теле ротора между поверхностью ротора и кольцевыми пазами для короткозамыкающих колец с возможностью обеспечения электрического контакта между короткозамыкающими кольцами и поверхностью тела ротора.
Обеспечиваемый полезной моделью технический результат заключается в том, что в заявленной конструкции центробежные силы, воздействуют на короткозамыкающие кольца таким образом, что обеспечивают оптимальные условии работы двигателя. Центробежные силы, приложенные к каждому короткозамыкающему кольцу при работе машины, не увеличивают величины переходного электрического сопротивления на стыке этого кольца и массива ротора, а прочность при работе машины обеспечивается механическим свойствами стали массивного ротора, а не свойствами меди короткозамыкающих бандажных колец (пределом текучести и др.). При высоких частотах токов, индуктированных в массиве ротора, глубина их проникновения может оказаться недостаточной для перетекания в зону контактных колец, поэтому для машин, работающих в таких режимах, между короткозамыкающим кольцом после его монтажа и поверхностью ротора дополнительно предусматривается электрический контакт посредством совокупности вставок из электропроводящего материала. Выполнение короткозамыкающих колец коническими позволяет избежать выкручивания кольца под действием центробежных сил, вследствие чего могут возникнуть зазоры по контактным поверхностям между телом ротора и короткозамыкающим кольцом.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен разрез по ротору высокоскоростной электрической машины заявленной конструкции, на фиг. 2 - вид на коническое короткозамыкающее кольцо в разрезе перед его запрессовкой в кольцевой паз в теле ротора.
Ротор быстроходного асинхронного двигателя включает вал 1 с насаженным на нем массивным ротором 2 и торцевые немагнитные электропроводящие короткозамыкающие кольца 3. В обоих торцах активной части массивного ротора 2 фрезеруются кольцевые пазы 4, в которые впрессовываются конические короткозамыкающие кольца 3. Углы конусности короткозамыкающих колец 3 определяются численным решением прочностной задачи при конструкторской разработке конкретной машины. Вставки 5 из электропроводящего материала, например, меди, установлены в сквозных радиальных отверстиях в теле ротора 2 в зоне расположения короткозамыкающих колец 3 с возможностью обеспечения электрического контакта между короткозамыкающими кольцами 3 и поверхностью ротора. В теле ротора 2 ближе к его продольной оси по отношению к кольцевым пазам 4 быть выполнены кольцевые проточки 6.
Устройство работает следующим образом.
Минимальное переходное электрическое сопротивление на стыке внутренней ферромагнитной поверхности ротора 2 и внешней поверхности короткозамыкающего кольца 3 обеспечивается путем нанесения слоя припоя на эти поверхности перед установкой кольца в зоне их стыка и последующей пайкой (после его установки), причем центробежные силы, воздействующие на кольцо, не приводят к возрастанию переходного электрического сопротивления в зоне этого стыка. Надежность конструкции ротора при воздействии на короткозамыкающие кольца 3 центробежных сил во всех эксплуатационных режимах работы двигателя обеспечивается механическими свойствами стали массивного ротора (пределом текучести и др.), поскольку эти свойства значительно выше, чем меди бандажных короткозамыкающих колец. Выполнение короткозамыкающих колец 3 коническими позволяет при их впрессовывании в предназначенные для них пазы 4 избежать их выдавливания из пазов под действием центробежных сил.
Таким образом, в предлагаемой конструкции, центробежные силы способствуют обеспечению оптимальных условии работы двигателя.
При высоких частотах тока, индуктированного в массиве ротора, дополнительно предусматривается электрический контакт между короткозамыкающим кольцом 3 после его монтажа и поверхностью ротора 2, который осуществляется посредством ряда вставок 5, например, в виде медных болтов, по периферии ротора, установленных радиально, которые имеют ″потайную″ головку, утопленную в тело ротора 2.
Кольцевые проточки 6 служат для обеспечения требуемой податливости внутренней контактирующей поверхности короткозамыкающих колец 3 и кольцевых пазов 4, что обеспечивает более надежное контактирование внутренней поверхности короткозамыкающих колец 3 и кольцевых пазов 4,
Возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается известными и описанными в заявке средствами и методами, с помощью которых возможно осуществление полезной модели, в том виде, как она охарактеризована в формуле полезной модели. Предложенное устройство может быть изготовлено промышленным способом из известных материалов с использованием известных технологий и технических средств.