WO2011116776A1 - High-speed rotor with permanent magnets of an electrical machine - Google Patents
High-speed rotor with permanent magnets of an electrical machine Download PDFInfo
- Publication number
- WO2011116776A1 WO2011116776A1 PCT/EA2011/000003 EA2011000003W WO2011116776A1 WO 2011116776 A1 WO2011116776 A1 WO 2011116776A1 EA 2011000003 W EA2011000003 W EA 2011000003W WO 2011116776 A1 WO2011116776 A1 WO 2011116776A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- pole plates
- permanent magnets
- rotor
- disks
- modulus
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
- H02K1/2706—Inner rotors
- H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
- H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
- H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
- H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
- H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
- H02K1/2773—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect consisting of tangentially magnetized radial magnets
Definitions
- the present invention relates to electrical engineering, namely to the rotors of electric machines with excitation from permanent magnets.
- Permanent magnet rotors are known in the art.
- This rotor design also has several disadvantages.
- the pole wedging is weakened and loosened. This leads to an imbalance. and increase vibration and, accordingly, reduce the life of the machine.
- Another disadvantage of this design is the limited mechanical strength of the pole mount. A centrifugal force acts on the pole and the pole is held by the lock shank. The cross section of the shank works to break and is smaller in size than the cross section of the pole itself. Therefore, the mechanical strength of the joint is determined by the strength of the material of the shank, the mechanical strength of which is limited. This, in turn, limits the speed of rotation, and leads to a limit on the maximum diameter of the rotor and, accordingly, on the maximum power of the machine.
- this design option has a great complexity of manufacturing associated with the manufacture of additional exact pairs of wedges and performing a rather laborious operation to wedge the poles, which accordingly leads to an increase in the cost of the machine.
- the dimensions of the locks become small due to limited space, and it is simply not possible to make a high-quality splitting due to the low stiffness of the lock.
- the upper part of the pole is advantageously made of laden iron, which leads to a decrease in the magnitude of the eddy currents in the surface layer.
- the level of attainable speeds is also limited and, accordingly, the power level of the machine is limited
- the rotor of the electric machine of the present invention is devoid of the above disadvantages and at the same time solves additional problems.
- One of the tasks is to increase the reliability of the rotor design and to ensure the possibility of its use at higher speeds.
- the present invention also aims to reduce the size and increase the maximum rotational speed of the rotor.
- the proposed rotor of an electric machine contains a shaft on which prefabricated disks with permanent magnets are fixed.
- - prefabricated discs contain central rings made of durable non-magnetic steel, with pole plates made of durable steel attached to them magnetic steel, ending with lugs made of lined electrical steel,
- pole plates are fixed to the disks by means of locks, have a rigid connection along the contour of the castle with the disks and form wedge-shaped gaps with a base to the center of the disk between the end faces of adjacent pole plates facing each other,
- thin spacers of material having a modulus of elasticity less than the elastic moduli of the material of the pole plates and the permanent magnets are installed.
- the central rings of the prefabricated discs have a relative magnetic permeability ranging from 1, 05 to 1, 1.
- the lock is preferably a dovetail joint.
- a rigid connection of the pole plates to the disks can be performed using welding, and the ratio of the elastic modulus of the material of permanent magnets to the modulus of elasticity of the material of the spacers is from 2 to 3.
- the proposed rotor design provides reliable and safe operation at high rotor speeds due to the reduction of mechanical stresses in the rotor design (in particular, in permanent magnets) due to the use of gaskets with a lower modulus of elasticity compared to surrounding elements.
- the rotor is made of dissimilar materials having different magnetic properties, it becomes possible to optimize the magnetic fluxes passing in the rotor, due to which it is possible, on the one hand, to reduce the size of the rotor and, on the other hand, to increase the speed of rotation.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a possible embodiment of a rotor of a machine of the present invention.
- FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of an exemplary embodiment of a rotor of a machine of the present invention.
- FIG. 3 schematically shows a cross section of the rotor zone, where the permanent magnets are placed.
- FIG. 1 shows the rotor of an electric machine having a shaft 1 on which prefabricated disks 2 are mounted with permanent magnets 3 made in the form of blocks.
- Prefabricated disks 2 consist of a central part made in the form of a ring 4, on the outer surface of which locks 5 are made, in one of the dovetail variants. Rings 4 are installed on the shaft 1 by press fit. Pole plates 6 are installed in each lock 5 and are rigidly connected along the lock contour, for example by welding. The pole plates b in the circumferential direction form trapezoidal air grooves and also have locks on the outer part, in this example also of the “dovetail” 7 type, into which the tips 8 are installed by pressing fit.
- the central rings of the prefabricated disks are made of durable non-magnetic steel, relative the magnetic permeability of which is preferably in the range from 1, 05 to 1, 1.
- the pole plates are made of strong magnetic steel, and the tips 8 are assembled from sheet electrical steel coated with electrical insulating varnish, and these sheets, as can be seen in the longitudinal section of the rotor in FIG. 2, glued together.
- the thickness of the plates of the tips 8 is equal to the thickness of the plates of the disks 2.
- blocks of permanent magnets 3 are installed having a similar trapezoidal shape. Between the lateral sides of the block of permanent magnets 3 and the grooves of the pole plates 6 are gaskets 9 (see Fig. 3).
- the mechanical strength of the rotor under the action of centrifugal loads arising from the rotation of the rotor is provided as follows.
- the tips 8 are held by the lock 7 located in the pole plate 6.
- the pole plates 6 are held by the lock 5, which is located in the disk 2.
- the disk 2 holds the elements of the magnetic system fixed on it due to the strong steel of the ring 4 and provides the general mechanical strength of the rotor.
- tips 8 on a press fit along the entire contour of the lock creates a sealing effect and is equivalent in rigidity to the lock with a rasklinkovka, which allows not to use a wedge pair. This simplifies the design of the attachment of the tip and increases its reliability.
- the implementation of the disk 2 from dissimilar materials allows you to: - to eliminate the passage of shunting the main magnetic flux of magnetic flux along the ring 4 and shaft 1 due to the implementation of the disk 2 from non-magnetic high-strength steel;
- a lock 5 for example, in the form of a hammer head
- the shank head in the groove of the ring 4 is installed on a hot landing and is then welded along the interface to the disk.
- Welding provides a rigid fastening of the pole plate b with the disk 2, increases the rigidity and strength of the lock 5 and thereby reduces the level of mechanical stresses in the lock 5. This allows to increase the speed of rotation of the rotor and, accordingly, increase the power of the machine.
- the proposed solution completely eliminates the possibility of loosening the castle, there is no need for a pair of wedges and a wedging of the castle, which simplifies the design of the castle and reduces the cost of its manufacture.
- the lock 5 becomes small-sized and allows it to be used for high-speed rotors, which are limited in size due to the limited mechanical strength of the materials.
- this part of the magnetic circuit is made of lined electrical steel.
- the ratio of the modulus of elasticity of the material of the permanent magnets to the modulus of elasticity of the material of the gaskets is from 2 to 3.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Abstract
What is proposed is: a rotor of an electrical machine, said rotor comprising a shaft, to which disk assemblies with permanent magnets are fixed. The rotor is characterized in that the disk assemblies comprise central rings formed from strong nonmagnetic steel with pole plates consisting of strong magnetic steel fixed thereto, said central rings being terminated by end pieces consisting of laminated electrical grade steel. The pole plates are fixed to the disks with the aid of clips, have a rigid connection to the disks over the contour of the clip and form wedge-shaped slots with a base towards the center of the disk between end edges of neighboring pole plates, said end edges being turned towards one another. The permanent magnets are arranged along the rotor axis in the slots between the pole plates, wherein thin washers consisting of a material having a modulus of elasticity which is lower than the modulus of elasticity of the material of the pole plates and the permanent magnets are mounted between the lateral edges of the permanent magnets and the grooves in the pole plates.
Description
ВЫСОКООБОРОТНЫЙ РОТОР С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ HIGH-TURNING ROTOR WITH PERMANENT MAGNETS
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Область техники, к которой относится изобретение ELECTRIC MACHINE The technical field to which the invention relates
Настоящее изобретение относится к электротехнике, а именно к роторам электрических машин с возбуждением от постоянных магнитов. The present invention relates to electrical engineering, namely to the rotors of electric machines with excitation from permanent magnets.
Предшествующий уровень техники State of the art
Из уровня техники известны конструкции роторов с постоянными магнитами Permanent magnet rotors are known in the art.
(Бут Д. А. «Бесконтактные электрические машины», М. «Высшая школа», 1985 г.) которые содержат втулку, к которой примыкают постоянные магниты с расположенными между ними сектора из магнитомягкой стали. Для удержания постоянных магнитов и полюсов на роторе при воздействии на них центробежной силы используется наружный металлический цилиндр с чередующимися в нем магнитными и немагнитными участками. Толщина цилиндра определяется величиной действующей центробежной нагрузки и механическими свойствами материала цилиндра. Такая конструкция ротора имеет ограниченную механическую прочность, связанную с ограниченными механическими свойствами составного цилиндра из различных материалов, что, в свою очередь, ограничивает скорость вращения, и приводит к ограничению по максимальному диаметру ротора и, соответственно, по предельной мощности машины. Другим недостатком такой конструкции также является значительные тепловые потери от вихревых токов, связанных с зубцовыми гармониками поля. Эти токи наводятся в приповерхностном проводящем монолитном слое цилиндра, что снижает КПД машины. (Booth D. A. “Contactless electric machines”, M. “Higher school”, 1985) which contain a sleeve to which are attached permanent magnets with magnetic steel sectors located between them. To hold the permanent magnets and poles on the rotor when subjected to centrifugal force, an external metal cylinder is used with alternating magnetic and non-magnetic sections in it. The thickness of the cylinder is determined by the magnitude of the current centrifugal load and the mechanical properties of the material of the cylinder. This rotor design has limited mechanical strength associated with the limited mechanical properties of a composite cylinder made of various materials, which, in turn, limits the rotation speed and leads to a limitation on the maximum diameter of the rotor and, accordingly, on the ultimate power of the machine. Another disadvantage of this design is also significant heat loss from eddy currents associated with the tooth harmonics of the field. These currents are induced in the surface conductive monolithic layer of the cylinder, which reduces the efficiency of the machine.
Известны также конструкции роторов синхронных машин (В. В. Домбровский, Г. М. Хуторецкий «Основы проектирования электрических машин переменного тока», Изд. «Энергия» 1974г.) которые содержат остов (колесо) на котором крепятся полюса. Полюса в свою очередь выполняются монолитными или шихтованными из электротехнической стали. Закрепляются полюса на остове с помощью замков различного типа: в виде ласточкиного хвоста, в виде головки молотка и т.п. Хвосты замков устанавливаются в ответные пазы выполненные на остове с последующим их креплением способом расклиновки. Also known are the designs of rotors of synchronous machines (V. V. Dombrovsky, G. M. Khutoretsky, “Fundamentals of Designing Electric AC Machines,” Energia Publishing House 1974) that contain a skeleton (wheel) on which the poles are mounted. The poles, in turn, are made monolithic or burdened from electrical steel. The poles are fixed on the skeleton with the help of various types of locks: in the form of a dovetail, in the form of a hammer head, etc. The tails of the locks are installed in the reciprocal grooves made on the skeleton with their subsequent fastening by the wedging method.
Такая конструкция ротора также имеет ряд недостатков. В замках в процессе эксплуатации из-за большого количества пусков - остановок происходит ослабление расклиновки полюса и его расшатывание. Это приводит к нарушению балансировки
и повышению вибрации и соответственно к снижению ресурса работы машины. Другим недостатком такой конструкции является ограниченная механическая прочность узла крепления полюсов. На полюс действует центробежная сила и удерживается полюс за счет хвостовика замка. Сечение хвостовика работает на разрыв и по величине меньше сечения самого полюса. Поэтому механическая прочность соединения определяется прочностью материала хвостовика, механическая прочность которого ограничена. Это, в свою очередь, ограничивает скорость вращения, и приводит к ограничению по максимальному диаметру ротора и, соответственно, по предельной мощности машины. Также данный вариант конструкции имеет большую трудоемкость изготовления связанную с изготовлением дополнительных точных пар клиньев и выполнением достаточно трудоемкой операции по расклиновке полюсов, что приводит соответственно к увеличению стоимости машины. А при относительно малых диаметрах роторов, ограниченных высокой скоростью вращения (10000-20000 об/мин и более), размеры замков становятся небольшими из-за ограниченного места, и качественную расклиновку просто не осуществить из-за низкой жесткости замка. This rotor design also has several disadvantages. In the locks during operation, due to the large number of starts - stops, the pole wedging is weakened and loosened. This leads to an imbalance. and increase vibration and, accordingly, reduce the life of the machine. Another disadvantage of this design is the limited mechanical strength of the pole mount. A centrifugal force acts on the pole and the pole is held by the lock shank. The cross section of the shank works to break and is smaller in size than the cross section of the pole itself. Therefore, the mechanical strength of the joint is determined by the strength of the material of the shank, the mechanical strength of which is limited. This, in turn, limits the speed of rotation, and leads to a limit on the maximum diameter of the rotor and, accordingly, on the maximum power of the machine. Also, this design option has a great complexity of manufacturing associated with the manufacture of additional exact pairs of wedges and performing a rather laborious operation to wedge the poles, which accordingly leads to an increase in the cost of the machine. And with relatively small diameters of the rotors, limited by a high speed of rotation (10000-20000 rpm and more), the dimensions of the locks become small due to limited space, and it is simply not possible to make a high-quality splitting due to the low stiffness of the lock.
Для снижения величины тепловыделений в поверхностном слое полюсов верхнюю часть полюса выгодно выполнять из шихтованного железа, что приводит к снижению величины вихревых токов в приповерхностном слое. Но в этом случае из- за меньшей прочности шихтованного электротехнического железа по сравнению с прочностью магнитных сталей уровень достигаемых скоростей также ограничен и соответственно ограничивается уровень мощности машины To reduce the amount of heat in the surface layer of the poles, the upper part of the pole is advantageously made of laden iron, which leads to a decrease in the magnitude of the eddy currents in the surface layer. But in this case, due to the lower strength of the charged electrical iron compared to the strength of magnetic steels, the level of attainable speeds is also limited and, accordingly, the power level of the machine is limited
Сущность изобретения SUMMARY OF THE INVENTION
Ротор электрической машины по настоящему изобретению лишен выше указанных недостатков и в тоже время решает дополнительные задачи. Одной из задач является увеличение надежности конструкции ротора и обеспечение возможности его использования на более высоких оборотах. Согласно другой задаче, настоящее изобретение также направлено на снижение размеров и повышение максимальной скорости вращения ротора. The rotor of the electric machine of the present invention is devoid of the above disadvantages and at the same time solves additional problems. One of the tasks is to increase the reliability of the rotor design and to ensure the possibility of its use at higher speeds. According to another objective, the present invention also aims to reduce the size and increase the maximum rotational speed of the rotor.
Предлагаемый ротор электрической машины, содержит вал, на котором закреплены сборные диски с постоянными магнитами. The proposed rotor of an electric machine contains a shaft on which prefabricated disks with permanent magnets are fixed.
Ротор отличается тем, что The rotor is characterized in that
- сборные диски содержат центральные кольца, выполненные из прочной немагнитной стали, с закрепленными на них полюсными пластинами из прочной
магнитной стали, оканчивающиеся наконечниками из шихтованной электротехнической стали, - prefabricated discs contain central rings made of durable non-magnetic steel, with pole plates made of durable steel attached to them magnetic steel, ending with lugs made of lined electrical steel,
- полюсные пластины закреплены на дисках с помощью замков, имеют жесткое соединение по контуру замка с дисками и образуют зазоры клиновой формы с основанием к центру диска между обращенными друг к другу торцевыми гранями соседних полюсных пластин, - the pole plates are fixed to the disks by means of locks, have a rigid connection along the contour of the castle with the disks and form wedge-shaped gaps with a base to the center of the disk between the end faces of adjacent pole plates facing each other,
- постоянные магниты размещены вдоль оси ротора в зазорах между полюсными пластинами, - permanent magnets are placed along the axis of the rotor in the gaps between the pole plates,
- между боковыми гранями постоянных магнитов и пазами полюсных пластин установлены тонкие прокладки из материала, имеющего величину модуля упругости меньше величин модулей упругости материала полюсных пластин и постоянных магнитов. - between the side faces of the permanent magnets and the grooves of the pole plates, thin spacers of material having a modulus of elasticity less than the elastic moduli of the material of the pole plates and the permanent magnets are installed.
В одном из вариантов центральные кольца сборных дисков имеют относительную магнитную проницаемость в пределах от 1 ,05 до 1 ,1 . Замок предпочтительно представляет собой соединение типа «ласточкин хвост». Кроме того, жесткое соединение полюсных пластин с дисками может быть выполнено с использованием сварки, а отношение модуля упругости материала постоянных магнитов к-модулю упругости материала прокладок составляет величину от 2 до 3. In one embodiment, the central rings of the prefabricated discs have a relative magnetic permeability ranging from 1, 05 to 1, 1. The lock is preferably a dovetail joint. In addition, a rigid connection of the pole plates to the disks can be performed using welding, and the ratio of the elastic modulus of the material of permanent magnets to the modulus of elasticity of the material of the spacers is from 2 to 3.
Предлагаемая конструкция ротора обеспечивает надежную и безопасную работу при высоких скоростях вращения ротора за счет снижения механических напряжений в конструкции ротора (в частности, в постоянных магнитах) вследствие применения прокладок с меньшим модулем упругости по сравнению с окружающими элементами. Кроме того, поскольку ротор изготавливается из разнородных материалов, имеющих различные магнитные свойства, появляется возможность оптимизировать магнитные потоки, проходящие в роторе, за счет чего удается, с одной стороны, снизить размеры ротора, а с другой стороны, увеличить скорость вращения. The proposed rotor design provides reliable and safe operation at high rotor speeds due to the reduction of mechanical stresses in the rotor design (in particular, in permanent magnets) due to the use of gaskets with a lower modulus of elasticity compared to surrounding elements. In addition, since the rotor is made of dissimilar materials having different magnetic properties, it becomes possible to optimize the magnetic fluxes passing in the rotor, due to which it is possible, on the one hand, to reduce the size of the rotor and, on the other hand, to increase the speed of rotation.
Перечень фигур чертежей List of drawings
На фиг. 1 схематично изображено поперечное сечение возможного варианта осуществления ротора машины по настоящему изобретению. In FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a possible embodiment of a rotor of a machine of the present invention.
На фиг. 2 схематично изображено продольное сечение примерного варианта осуществления ротора машины по настоящему изобретению. In FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of an exemplary embodiment of a rotor of a machine of the present invention.
На фиг. 3 схематично изображено поперечное сечение зоны ротора, где размещены постоянные магниты.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения In FIG. 3 schematically shows a cross section of the rotor zone, where the permanent magnets are placed. Information confirming the possibility of carrying out the invention
На фиг. 1 представлен ротор электрической машины, имеющий вал 1 , на котором закреплены сборные диски 2 с постоянными магнитами 3, выполненными в виде блоков. In FIG. 1 shows the rotor of an electric machine having a shaft 1 on which prefabricated disks 2 are mounted with permanent magnets 3 made in the form of blocks.
Сборные диски 2 в свою очередь состоят из центральной части, выполненной в виде кольца 4, на наружной поверхности которого, выполнены замки 5, в одном из вариантов типа «ласточкин хвост». Кольца 4 устанавливаются на вал 1 по прессовой посадке. В каждый замок 5 установлены полюсные пластины 6 и жестко соединены по контуру замка, например сваркой. Полюсные пластины б в окружном направлении образуют воздушные пазы трапециидального вида и имеют на наружной части также замки, в данном примере также типа «ласточкиного хвоста» 7, в которые установлены по прессовой посадке наконечники 8. Центральные кольца сборных дисков выполнены из прочной немагнитной стали, относительная магнитная проницаемость которой предпочтительно находится в пределах от 1 ,05 до 1 ,1. Полюсные пластины выполнены из прочной магнитной стали, а наконечники 8 набираются из листовой электротехнической стали, покрытой электроизоляционным лаком, причем эти листы, как можно увидеть на продольном сечении ротора на фиг. 2, склеены между собой. Толщина пластин наконечников 8 равна толщине пластин дисков 2. Prefabricated disks 2, in turn, consist of a central part made in the form of a ring 4, on the outer surface of which locks 5 are made, in one of the dovetail variants. Rings 4 are installed on the shaft 1 by press fit. Pole plates 6 are installed in each lock 5 and are rigidly connected along the lock contour, for example by welding. The pole plates b in the circumferential direction form trapezoidal air grooves and also have locks on the outer part, in this example also of the “dovetail” 7 type, into which the tips 8 are installed by pressing fit. The central rings of the prefabricated disks are made of durable non-magnetic steel, relative the magnetic permeability of which is preferably in the range from 1, 05 to 1, 1. The pole plates are made of strong magnetic steel, and the tips 8 are assembled from sheet electrical steel coated with electrical insulating varnish, and these sheets, as can be seen in the longitudinal section of the rotor in FIG. 2, glued together. The thickness of the plates of the tips 8 is equal to the thickness of the plates of the disks 2.
В образованные полюсными пластинами 6 трапециидальные пазы установлены блоки постоянных магнитов 3 имеющие аналогичную трапециидальную форму. Между боковыми сторонами блока постоянных магнитов 3 и пазами полюсных пластин 6 расположены прокладки 9 (см. фиг. 3). In the trapezoidal grooves formed by the pole plates 6, blocks of permanent magnets 3 are installed having a similar trapezoidal shape. Between the lateral sides of the block of permanent magnets 3 and the grooves of the pole plates 6 are gaskets 9 (see Fig. 3).
Механическая прочность ротора при действии центробежных нагрузок, возникающих при вращении ротора, обеспечивается следующим образом. Наконечники 8 удерживаются за счет замка 7 расположенного в полюсной пластине 6. Полюсные пластины 6 удерживаются за счет замка 5, который расположен в диске 2. Диск 2 удерживает закрепленные на нем элементы магнитной системы за счет прочной стали кольца 4 и обеспечивает общую механическую прочность ротора. The mechanical strength of the rotor under the action of centrifugal loads arising from the rotation of the rotor is provided as follows. The tips 8 are held by the lock 7 located in the pole plate 6. The pole plates 6 are held by the lock 5, which is located in the disk 2. The disk 2 holds the elements of the magnetic system fixed on it due to the strong steel of the ring 4 and provides the general mechanical strength of the rotor.
Установка наконечников 8 по прессовой посадке по всему контуру замка создает эффект заделки и равноценна по жесткости замку с расклиновкой, что позволяет клиновую пару не использовать. Это упрощает конструкцию крепления наконечника и повышает его надежность. The installation of tips 8 on a press fit along the entire contour of the lock creates a sealing effect and is equivalent in rigidity to the lock with a rasklinkovka, which allows not to use a wedge pair. This simplifies the design of the attachment of the tip and increases its reliability.
Выполнение диска 2 из разнородных материалов позволяет:
- устранить прохождение шунтирующих основной магнитный поток магнитных потоков по кольцу 4 и валу 1 за счет выполнения диска 2 из немагнитной высокопрочной стали; The implementation of the disk 2 from dissimilar materials allows you to: - to eliminate the passage of shunting the main magnetic flux of magnetic flux along the ring 4 and shaft 1 due to the implementation of the disk 2 from non-magnetic high-strength steel;
- обеспечить прохождение основного магнитного потока от постоянных магнитов по полюсным пластинам б с минимальными потерями; - to ensure the passage of the main magnetic flux from permanent magnets along the pole plates b with minimal losses;
- снизить тепловые потери от зубцовых гармоник магнитного поля в воздушном зазоре за счет выполнения верхней части полюсной пластины 6 из шихтованного электротехнического железа, конструктивно оформленного в виде наконечника 8. - to reduce heat loss from the tooth harmonics of the magnetic field in the air gap due to the implementation of the upper part of the pole plate 6 of lined electrical iron, structurally designed in the form of a tip 8.
В предлагаемом варианте выполнения крепления полюсной пластины 6 In the proposed embodiment, the mounting of the pole plate 6
(полюса) с помощью замка 5 , например, в виде головки молотка головка хвостовика в паз кольца 4 устанавливается по горячей посадке и после приваривается по контуру сопряжения к диску. Сварка обеспечивает жесткое скрепление полюсной пластины б с диском 2, повышает жесткость и прочность замка 5 и тем самым снижается уровень механических напряжений в замке 5. Это позволяет повысить скорость вращения ротора и соответственно повысить мощность машины. Также предлагаемое решение устраняет полностью возможность расшатывания замка, отпадает необходимость в пары клиньев и расклиновке замка, что упрощает конструкцию замка и уменьшает стоимость его изготовления. По размерам замок 5 становиться малогабаритным и позволяет его применить для высокооборотных роторов, у которых ограничены размеры из-за ограничения по механической прочности материалов. (pole) with the help of a lock 5, for example, in the form of a hammer head, the shank head in the groove of the ring 4 is installed on a hot landing and is then welded along the interface to the disk. Welding provides a rigid fastening of the pole plate b with the disk 2, increases the rigidity and strength of the lock 5 and thereby reduces the level of mechanical stresses in the lock 5. This allows to increase the speed of rotation of the rotor and, accordingly, increase the power of the machine. Also, the proposed solution completely eliminates the possibility of loosening the castle, there is no need for a pair of wedges and a wedging of the castle, which simplifies the design of the castle and reduces the cost of its manufacture. In size, the lock 5 becomes small-sized and allows it to be used for high-speed rotors, which are limited in size due to the limited mechanical strength of the materials.
При протекании переменного тока в обмотке статора в воздушном зазоре возникает переменная индукция магнитного поля, которая наводит в поверхностном слое магнитопровода ротора вихревые токи, что приводит к нагреву данного слоя. When alternating current flows in the stator winding in the air gap, an alternating magnetic field induction arises, which induces eddy currents in the surface layer of the rotor magnetic circuit, which leads to heating of this layer.
Для уменьшения величины наведенных вихревых токов, данную часть магнитопровода выполняют из шихтованной электротехнической стали. To reduce the magnitude of the induced eddy currents, this part of the magnetic circuit is made of lined electrical steel.
Для выравнивания механических напряжений и снижения максимальной величины этих напряжений в блоке постоянных магнитов 3 по их высоте, между боковыми гранями блоков постоянных магнитов 3 и боковыми гранями полюсных пластин 6, устанавливаются тонкие прокладки 9 (толщиной 0.2-0.3 мм) из материала, имеющего величину модуля упругости меньше, чем величины модулей упругости материала полюсных пластин 6 и блока постоянных магнитов 3, например, из стеклопластика или алюминия. В предпочтительном варианте отношение модуля упругости материала постоянных магнитов к модулю упругости материала прокладок составляет величину от 2 до 3. Более мягкий материал
прокладки под действием сил сжатия в зоне с большими механическими напряжениями деформируется, и произойдет выравнивание (перераспределение) механических напряжении в блоке постоянных магнитов, и уменьшение их максимального значения. Это позволяет увеличить скорость вращения ротора и соответственно увеличить мощность машины.
To align the mechanical stresses and reduce the maximum magnitude of these stresses in the block of permanent magnets 3 in height, between the side faces of the blocks of permanent magnets 3 and the side faces of the pole plates 6, thin strips 9 (0.2-0.3 mm thick) of material having a modulus value are installed elasticity is less than the magnitude of the elastic moduli of the material of the pole plates 6 and the block of permanent magnets 3, for example, fiberglass or aluminum. In a preferred embodiment, the ratio of the modulus of elasticity of the material of the permanent magnets to the modulus of elasticity of the material of the gaskets is from 2 to 3. Softer material laying under the action of compression forces in the area with high mechanical stresses is deformed, and there will be an equalization (redistribution) of mechanical stress in the block of permanent magnets, and a decrease in their maximum value. This allows you to increase the speed of rotation of the rotor and, accordingly, increase the power of the machine.
Claims
1. Ротор электрической машины, содержащий вал, на котором закреплены сборные диски с постоянными магнитами, отличающийся тем, что 1. The rotor of an electric machine containing a shaft on which are mounted prefabricated discs with permanent magnets, characterized in that
- сборные диски содержат центральные кольца, выполненные из прочной немагнитной стали, с закрепленными на них полюсными пластинами из прочной магнитной стали, оканчивающиеся наконечниками из шихтованной электротехнической стали, - prefabricated disks contain central rings made of strong non-magnetic steel, with pole plates made of strong magnetic steel fixed to them, ending with lugs of lined electrical steel,
- полюсные пластины закреплены на дисках с помощью замков, имеют жесткое соединение по контуру замка с дисками и зазоры клиновой формы с основанием к центру диска между обращенными друг к другу торцевыми гранями соседних полюсных пластин, - the pole plates are fixed to the disks by means of locks, have a rigid connection along the contour of the lock with the disks and wedge-shaped gaps with a base to the center of the disk between the end faces of adjacent pole plates facing each other,
- постоянные магниты размещены вдоль оси ротора в зазорах между полюсными пластинами, - permanent magnets are placed along the axis of the rotor in the gaps between the pole plates,
- между боковыми гранями постоянных магнитов и пазами полюсных пластин установлены тонкие прокладки из материала, имеющего величину модуля упругости меньше величин модулей упругости материала полюсных пластин и постоянных магнитов. - between the side faces of the permanent magnets and the grooves of the pole plates, thin spacers of material having a modulus of elasticity less than the elastic moduli of the material of the pole plates and the permanent magnets are installed.
2. Ротор по п. 1 , отличающийся тем, что центральные кольца сборных дисков имеют относительную магнитную проницаемость в пределах от 1 ,05 до 1 ,1. 2. The rotor according to claim 1, characterized in that the central rings of the prefabricated disks have a relative magnetic permeability ranging from 1, 05 to 1, 1.
3. Ротор по п. 1 , отличающийся тем, что замок представляет собой соединение типа «ласточкин хвост». 3. The rotor according to claim 1, characterized in that the lock is a dovetail connection.
4. Ротор по п. 1 , отличающийся тем, что жесткое соединение полюсных пластин с дисками выполнено с использованием сварки. 4. The rotor according to claim 1, characterized in that the rigid connection of the pole plates to the disks is made using welding.
5. Ротор по п. 1 , отличающийся тем, что отношение модуля упругости материала постоянных магнитов к модулю упругости материала прокладок составляет величину от 2 до 3. 5. The rotor according to claim 1, characterized in that the ratio of the modulus of elasticity of the material of permanent magnets to the modulus of elasticity of the material of the gaskets is from 2 to 3.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201000632A EA014510B1 (en) | 2010-03-22 | 2010-03-22 | High speed rotor of electric machine with permanent magnets |
| EA201000632 | 2010-03-22 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2011116776A1 true WO2011116776A1 (en) | 2011-09-29 |
Family
ID=43531312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/EA2011/000003 WO2011116776A1 (en) | 2010-03-22 | 2011-03-18 | High-speed rotor with permanent magnets of an electrical machine |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA014510B1 (en) |
| WO (1) | WO2011116776A1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ITBO20110587A1 (en) * | 2011-10-17 | 2013-04-18 | Spal Automotive Srl | ROTOR FOR ELECTRIC MACHINE AND ITS ASSEMBLY PROCEDURE |
| CN103107665A (en) * | 2011-11-11 | 2013-05-15 | 德昌电机(深圳)有限公司 | Permanent magnet motor and electric tool and mower utilizing the same |
| US9331531B2 (en) | 2012-10-17 | 2016-05-03 | Eocycle Technologies Inc. | Method of manufacturing a transverse flux electrical machine rotor |
| CN105642605A (en) * | 2014-11-14 | 2016-06-08 | 中国航空工业第六八研究所 | Method for cleaning electro-processed electric corrosion layer of magnetic steel type material |
| US9419486B2 (en) | 2012-09-24 | 2016-08-16 | Eocycle Technologies Inc. | Housing less transverse flux electrical machine |
| US9722479B2 (en) | 2012-08-03 | 2017-08-01 | Eocycle Technologies Inc. | Wind turbine comprising a transverse flux electrical machine |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9831727B2 (en) | 2012-10-15 | 2017-11-28 | Regal Beloit America, Inc. | Permanent magnet rotor and methods thereof |
| US9362792B2 (en) * | 2012-10-15 | 2016-06-07 | Regal Beloit America, Inc. | Radially embedded permanent magnet rotor having magnet retention features and methods thereof |
| US9099905B2 (en) | 2012-10-15 | 2015-08-04 | Regal Beloit America, Inc. | Radially embedded permanent magnet rotor and methods thereof |
| US9246364B2 (en) | 2012-10-15 | 2016-01-26 | Regal Beloit America, Inc. | Radially embedded permanent magnet rotor and methods thereof |
| US9882440B2 (en) | 2012-10-15 | 2018-01-30 | Regal Beloit America, Inc. | Radially embedded permanent magnet rotor and methods thereof |
| WO2017121987A1 (en) | 2016-01-13 | 2017-07-20 | Magnomatics Limited | A magnetically geared apparatus |
| DE102016209174A1 (en) * | 2016-05-25 | 2017-11-30 | Continental Automotive Gmbh | Rotor and method of manufacturing a rotor |
| RU2657003C1 (en) * | 2017-04-26 | 2018-06-08 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Magnetic system of rotor of synchronous engine with incorporated magnets (options) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0013157A1 (en) * | 1978-12-26 | 1980-07-09 | The Garrett Corporation | Permanent magnet rotors, especially for dynamo-electric machines |
| US4588914A (en) * | 1984-06-05 | 1986-05-13 | Westinghouse Electric Corp. | Permanent magnet rotor for high speed motors and generators |
| US5952755A (en) * | 1997-03-18 | 1999-09-14 | Electric Boat Corporation | Permanent magnet motor rotor |
| US20070247013A1 (en) * | 2006-04-20 | 2007-10-25 | Canopy Technologies, Llc | Aerodynamic insert for high speed permanent magnet motor |
| RU2007132617A (en) * | 2007-08-29 | 2009-03-10 | Дальневосточный государственный технический университет (RU) | ELECTRICITY ROTOR |
-
2010
- 2010-03-22 EA EA201000632A patent/EA014510B1/en not_active IP Right Cessation
-
2011
- 2011-03-18 WO PCT/EA2011/000003 patent/WO2011116776A1/en active Application Filing
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0013157A1 (en) * | 1978-12-26 | 1980-07-09 | The Garrett Corporation | Permanent magnet rotors, especially for dynamo-electric machines |
| US4588914A (en) * | 1984-06-05 | 1986-05-13 | Westinghouse Electric Corp. | Permanent magnet rotor for high speed motors and generators |
| US5952755A (en) * | 1997-03-18 | 1999-09-14 | Electric Boat Corporation | Permanent magnet motor rotor |
| US20070247013A1 (en) * | 2006-04-20 | 2007-10-25 | Canopy Technologies, Llc | Aerodynamic insert for high speed permanent magnet motor |
| RU2007132617A (en) * | 2007-08-29 | 2009-03-10 | Дальневосточный государственный технический университет (RU) | ELECTRICITY ROTOR |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9543795B2 (en) | 2011-10-17 | 2017-01-10 | SPAL AUTOMATIVE S.r.l. | Rotor for an electrical machine and relative assembly method |
| WO2013057673A2 (en) * | 2011-10-17 | 2013-04-25 | Spal Automotive S.R.L. | A rotor for an electrical machine and relative assembly method |
| WO2013057673A3 (en) * | 2011-10-17 | 2014-12-04 | Spal Automotive S.R.L. | A rotor for an electrical machine and relative assembly method |
| ITBO20110587A1 (en) * | 2011-10-17 | 2013-04-18 | Spal Automotive Srl | ROTOR FOR ELECTRIC MACHINE AND ITS ASSEMBLY PROCEDURE |
| CN103107665A (en) * | 2011-11-11 | 2013-05-15 | 德昌电机(深圳)有限公司 | Permanent magnet motor and electric tool and mower utilizing the same |
| US9755492B2 (en) | 2012-08-03 | 2017-09-05 | Eocycle Technologies Inc. | Rotatable transverse flux electrical machine |
| US9722479B2 (en) | 2012-08-03 | 2017-08-01 | Eocycle Technologies Inc. | Wind turbine comprising a transverse flux electrical machine |
| US9419486B2 (en) | 2012-09-24 | 2016-08-16 | Eocycle Technologies Inc. | Housing less transverse flux electrical machine |
| US9559558B2 (en) | 2012-09-24 | 2017-01-31 | Eocycle Technologies Inc. | Modular transverse flux electrical machine assembly |
| US9559559B2 (en) | 2012-09-24 | 2017-01-31 | Eocycle Technologies Inc. | Transverse flux electrical machine stator with stator skew and assembly thereof |
| US9559560B2 (en) | 2012-09-24 | 2017-01-31 | Eocycle Technologies Inc. | Transverse flux electrical machine stator phases assembly |
| US9331531B2 (en) | 2012-10-17 | 2016-05-03 | Eocycle Technologies Inc. | Method of manufacturing a transverse flux electrical machine rotor |
| US9876401B2 (en) | 2012-10-17 | 2018-01-23 | Eocycle Technologies Inc. | Transverse flux electrical machine rotor |
| CN105642605A (en) * | 2014-11-14 | 2016-06-08 | 中国航空工业第六八研究所 | Method for cleaning electro-processed electric corrosion layer of magnetic steel type material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201000632A1 (en) | 2010-12-30 |
| EA014510B1 (en) | 2010-12-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2011116776A1 (en) | High-speed rotor with permanent magnets of an electrical machine | |
| US5952755A (en) | Permanent magnet motor rotor | |
| CN106165261B (en) | Rotor for rotating electric machine | |
| US7514833B2 (en) | Axial gap permanent-magnet machine with reluctance poles and PM element covers | |
| CN102204070B (en) | Permanently excited synchronous machine | |
| US8203252B2 (en) | Clamp and lock permanent magnets within a rotating electrical machine using pitched focused flux magnets | |
| RU2557556C2 (en) | Squirrel-cage rotor | |
| US9461510B2 (en) | Permanent magnet electrical machine | |
| US20140292132A1 (en) | Permanent magnet rotor having a combined laminated stack and method of assembly | |
| CN201839179U (en) | Rotor structure of aircraft generator | |
| AU2005218051A1 (en) | Rotor for an electric motor and corresponding electric motor | |
| CN104600881A (en) | Motor for directly driving electric drum | |
| CN106961174B (en) | Permanent magnet motor rotor and motor | |
| CN109639004A (en) | A kind of rotor of vehicle, disc type electric machine and disc type electric machine | |
| WO2007112647A1 (en) | A split phase magnetic circuit generator | |
| JP6135770B2 (en) | Permanent magnet embedded rotary electric machine and method for manufacturing the same | |
| EP3001542B1 (en) | Permanent magnet rotors | |
| US9735634B2 (en) | Split pole spoke type PM machine with enclosed magnets | |
| WO2011116777A1 (en) | Electrical machine with permanent magnets | |
| CN113178967B (en) | High-power high-speed permanent magnet synchronous motor rotor | |
| CN201160241Y (en) | Permanent-magnet DC electric motor rotor | |
| EA010775B1 (en) | Polyphase electrical machine with permanent magnets | |
| JP2009239988A (en) | Permanent magnet type motor | |
| CN211655867U (en) | Disk type motor rotor with pole shoe composite magnetic pole structure | |
| CN202268751U (en) | Magnetic pole structure of power generator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 11758847 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 11758847 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |