Гибкий ротор с постоянными магнитами
FLEXIBLE ROTOR WITH CONSTANT MAGNETS

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.).
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).
Изобретение относится к вращающимся электрическим машинам и касается способа изготовления ротора с постоянными магнитами.
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.
Область применения предложенной конструкции ограничена электрическими машинами малой и средней мощности.
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.
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.
Недостаток вышеперечисленных конструкций – наличие немагнитных дисков, ограничивающих индукцию в ярме магнитопровода и низкой технологичностью.
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.
Недостаток конструкции – сложность конструкции магнитного вала и низкая технологичность.
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.
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.
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.
Указанными факторами предопределяется повышение технологичности сборки ротора и увеличение надежности машины.
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.