РОТОР ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

Полезная модель относится к области электротехники, в частности -к конструкции роторов высокочастотных электрических машин, в которых используются массивные роторы. При работе высокочастотной машины особые требования предъявляются к точности продольного позиционирования ротора. Эти требования вызваны особенностями применяемых в таких машинах подшипников в основном газодинамических или магнитных. Подшипники таких конструкций обеспечивают недостаточный отпор ротора относительно оси его вращения, но при этом имеют крайне низкие значения отпора в продольном направлении к оси вращения ротора. Продольное смещение ротора особенно при высокой скорости вращения может привести к разрушению подшипника. В связи с этим при проектировании высокоскоростных электрических машин необходимо обеспечить высокую точность стабилизации положения ее ротора в продольном направлении относительно оси вращения ротора.
Известен массивный ротор асинхронной электрической машины (US 4282451), выполненный в виде сплошного стального цилиндра с торцевыми частями разных форм, с выполненными кольцевыми выступами, разделенными кольцевыми пазами. Такой ротор обладает улучшенными энергетическими характеристиками по сравнению со сплошными роторами асинхронных электрических машин, выполненными в виде монолитной цилиндрической детали.
Недостатком такой конструкции ротора асинхронной электрической машины является невозможность обеспечения контроля положения ротора относительно магнитопровода статора асинхронной электрической машины.
Прототипом полезной модели принимается массивный ротор асинхронной машины (патент СССР №650163) со средней частью (центральной цилиндрической части), в которой выполнены открытые пазы с двумя концевыми частями (торцевые конусные части), при этом отношение высоты пазов к диаметру ротора равно 0,1-0,2, отношение ширины пазов к величине зубцового деления равно 0,15-0,35, отношение величины зубцового деления к диаметру ротора равно 0,03-0,06, а массивные концевые части имеют диаметр на стыке с зубцовой зоной меньше диаметра средней части на 0,4-1,0 высоты зубца.
К недостаткам прототипа можно отнести невозможность стабилизации положения ротора относительно активной зоны статора асинхронной машины без дополнительных устройств стабилизации.
Задачей полезной модели является разработка ротора высокочастотной электрической машины с эффективной стабилизацией его положения вдоль оси вращения.
Техническим результатом ротора высокочастной электрической машины является увеличение надежности функционирования электрической машины при уменьшении ее стоимости, за счет обеспечения возможности построения высокочастотной электрической машины с газодинамическими подшипниками без дополнительной системы стабилизации положения ротора в продольном направлении к оси вращения ротора.
Технический результат полезной модели достигается с помощью ротора высокочастотной электрической машины выполненного в виде сплошной детали, состоящий из центральной цилиндрической части с торцевыми конусными частями, причем торцевые конусные части симметричные, имеющие форму усеченного конуса, большее основание которого равно по диаметру основанию центральной цилиндрической части ротора, а диаметр меньшего основания торцевых частей равен 0,8÷0,9 диаметра большего основания, при этом общая длина ротора высокочастотной электрической машины на 10% больше активной длины магнитопровода статора, а длина центральной цилиндрической части на 10% меньше активной длины магнитопровода статора.
На фиг. 1 показан эскиз продольного сечения ротора высокочастной электрической машины, на фиг. 2 - эскиз разреза 3D модели продольного сечения ротора высокочастной электрической машины.
Ротор высокочастотной электрической машины (на фиг. не обозначен)выполнен в виде сплошной детали, состоящий из центральной цилиндрической части 1 и двух симметричных торцевых конусных частей 2 симметричных относительно оси вращения 3 ротора высокочастотной электрической машины (на фиг. не обозначен). Общая длина ротора высокочастотной электрической машины на 10% больше активной длины магнитопровода 4 статора (на фиг. не обозначен). Длина центральной цилиндрической части 1 ротора (на фиг. не обозначен) высокочастотной электрической машины на 10% меньше активной длины магнитопровода 4 статора (на фиг. не обозначен). Каждая из симметричных торцевых конусных частей 2 ротора имеет форму усеченного конуса, большее основание которого равно по диаметру основанию центральной цилиндрической части 1 ротора. Диаметр меньшего основания симметричных торцевых конусных частей 2 выбирается равным 0,8÷0,9 от диаметра большего основания. Рабочим положением ротора является положение, при котором ротор (на фиг. не обозначен) расположен так чтобы линия среднего поперечного сечение 5 ротора (на фиг. не обозначен) и линия среднего сечения активной длины 6 магнитопровода 4 статора (на фиг. не обозначен) совпадали.
При подаче тока в обмотки (на фиг. не обозначены) статора (на фиг. не обозначен) через магнитопровод 4 статора (на фиг. не обозначен), центральную цилиндрическую часть 1 ротора и симметричные торцевые конусные части 2 ротора начинает протекать магнитный поток. За счет уменьшения диаметра меньшего основания симметричных торцевых конусных частей 2 ротора при сохранении внутреннего диаметра магнитопровода 4 статора (на фиг. не обозначен) увеличивается толщина воздушного зазора (на фиг. не обозначен) между магнитопроводом 4 статора (на фиг. не обозначен) и ротором (на фиг. не обозначен). В связи с изменением величины воздушного зазора (на фиг. не обозначен) в месте сопряжения центральной цилиндрической части 1 ротора и симметричных торцевых конусных частей 2 ротора будет наблюдаться зона с более плотным расположением силовых линий магнитного поля, нежели в центральной цилиндрической части 1 ротора (на фиг. не обозначен). В связи с неравномерностью магнитного поля в роторе (на фиг. не обозначен) будут возникать силы, направленные в стороны симметричных торцевых конусных частей 2 ротора (на фиг. не обозначен). В противоположных концах ротора (на фиг. не обозначен) направление векторов силы будут иметь противоположные направления. При этом значение амплитуды векторов силы будут зависеть от положения ротора (на фиг. не обозначен) относительно магнитопровода 4 статора (на фиг. не обозначен). В случае если ротор (на фиг. не обозначен) расположен в положении, при котором линия среднего поперечного сечение 5 ротора(на фиг. не обозначена)и линия среднего сечения активной длины 6 магнитопровода 4 статора (на фиг. не обозначена) совпадают, вектора сил будут одинаковы и будут компенсировать друг друга. В случае смещения ротора (на фиг. не обозначен) относительно магнитопровода 4 статора (на фиг. не обозначен) вдоль оси вращения 3 ротора (на фиг. не обозначен) в противоположном от направления смещения месте сопряжения центральной цилиндрической части 1 ротора и симметричных торцевых конусных частей 2 ротора происходит процесс уплотнения расположения силовых линий магнитного поля и соответственно в месте сопряжения центральной цилиндрической части 1 ротора и симметричных торцевых конусных частей 2 ротора увеличивается сила, противодействующая перемещению ротора (на фиг. не обозначен), во втором (по направлению смещения ротора) месте сопряжения центральной цилиндрической части 1 ротора и симметричных торцевых конусных частей 2 ротора (на фиг. не обозначен) наблюдается обратный процесс с уменьшением плотности силовых линий магнитного поля, что приводит к уменьшению силы в направлении перемещения. Изменение направления суммарного вектора силы и его модуля приводит к возврату ротора (на фиг. не обозначен) в рабочее положение, при котором ротор расположен в положении, когда линия среднего поперечного сечение 5 ротора (на фиг. не обозначен) и линия среднего сечения активной длины 6 магнитопровода 4 статора (на фиг. не обозначен) совпадают.
Использование предложенной конструкции ротора (на фиг. не обозначен) высокочастной электрической машины позволяет добиться эффективной стабилизации положения ротора (на фиг. не обозначен) относительно магнитопровода статора (на фиг. не обозначен) и позволяет построить высокочастную электрическую машину с газодинамическими подшипниками без дополнительной системы стабилизации положения ротора в продольном направлении к оси вращения ротора (на фиг. не обозначен). Также использование предложной конструкции ротора (на фиг. не обозначен) высокочастной электрической машины позволяет обеспечить относительно невысокое увеличение плотности силовых линий в месте сопряжения центральной цилиндрической части 1 ротора и симметричных торцевых конусных частей 2 ротора. Это позволяет выполнить ротор из электротехнической стали с менее высокими тепловыми параметрами по отношении к стали из которой могут быть изготовлены роторы высокоскоростных машин с длиной менее активной длины статора (на фиг. не обозначен). Использование электрической стали с менее высокими тепловыми параметрами позволяет обеспечить уменьшение стоимости машины.