Ротор для электрической вращающейся машины

Изобретение относится к области электротехники, в частности к ротору электрической машины. Технический результат – повышение надежности ротора. Ротор для электрической вращающейся машины содержит сердечник ротора, имеющий как минимум один участок с низкой жесткостью, множество магнитов, роторный вал, шайбу, плотно контактирующую с как минимум одной определяемой в осевом направлении концевой поверхностью сердечника ротора и гайку. Внешний периферический конец шайбы расположен в радиальном направлении ближе к центру вращения, чем отверстия под магниты. Шайба имеет внешнюю окружную форму с углублениями и выступами, в которой расстояние от центра вращения до внешнего периферического конца шайбы периодически изменяется. При этом расстояние от внешнего периферического конца шайбы до каждого участка с низкой жесткостью больше, чем расстояние от внешнего периферического конца шайбы до каждого отверстия под магнит. 7 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Предпосылки создания изобретения

1. Область техники

[0001] В настоящем описании изобретения раскрыт ротор для электрической вращающейся машины с шайбой, установленной между гайкой, навинченной на роторный вал, и сердечником ротора.

2. Раскрытие предшествующего уровня техники

[0002] Обычно сердечник ротора состоит из множества послойно уложенных стальных магнитных пластин. Традиционно предлагается закрепление такого сердечника ротора гайкой, навинченной на роторный вал, чтобы применить силу сжатия к сердечнику ротора в осевом направлении. Кроме того, также предлагается, что кольцевую шайбу обычно устанавливают между данной гайкой и сердечником ротора. Посредством установки шайбы в этом положении прижимная сила гайки применяется к сердечнику ротора через шайбу. Обычно роторный вал вводят через шайбу, и внешний периферический конец шайбы расположен в радиальном направлении более внутри, чем магниты, для предотвращения короткого замыкания магнитного контура.

[0003] В то же время, обычно сердечник ротора выполнен с множеством магнитных отверстий, проходящих через сердечник ротора в осевом направлении так, чтобы в эти магнитные отверстия могли быть вставлены магниты. В дополнение к магнитным отверстиям сердечник ротора также выполнен со сквозными отверстиями для регулирования течения магнитного потока и формирования магнитного сопротивления в некоторых случаях. Из-за этих сквозных отверстий появляются участки с низкой жесткостью, жесткость которых локально снижена в сердечнике ротора. Например, для установки двух магнитов в форме буквы «V» в сердечнике ротора выполняется два магнитных отверстия в форме буквы «V». Можно сказать, что небольшой промежуток между этими двумя магнитными отверстиями, т.е. участок, называемый мостом, является участком с низкой жесткостью, жесткость которого локально снижена. В японской патентной заявке №2015-56911 раскрыт ротор с такими мостами.

Сущность изобретения

[0004] При нажатии на шайбу в сторону осевой торцевой поверхности сердечника ротора, в сердечнике ротора создается напряжение, вызванное давящим усилием (осевым усилием). Если место, воспринимающее нажатие шайбы, находится близко к участкам с низкой жесткостью, то напряжение концентрируется на этих участках с низкой жесткостью так, что оно вызывает повреждение или разлом этих участков с низкой жесткостью. Поэтому обычно кольцевая шайба выполнена с меньшим диаметром так, чтобы ее внешний периферический конец не располагался слишком близко к участкам с низкой жесткостью. К сожалению, когда шайба выполнена с меньшим диаметром, контактная поверхность между шайбой и сердечником ротора становится меньше, поэтому существует опасение, что достаточное осевое усилие не может быть приложено ко всему сердечнику ротора.

[0005] Для устранения этой проблемы данное изобретение предусматривает ротор для вращающейся электрической машины, способный снизить напряжение, создаваемое на участках с низкой жесткостью, с сохранением достаточного осевого усилия.

[0006] Иллюстративным аспектом данного изобретения является ротор для электрической вращающейся машины. Ротор для электрической вращающейся машины содержит: сердечник ротора, имеющий в целом кольцевую форму с отверстием для вала в центре, причем сердечник ротора имеет множество магнитных отверстий, расположенных в окружном направлении, и сердечник ротора содержит как минимум один участок с низкой жесткостью, жесткость которого в сердечнике ротора локально снижена; множество магнитов, расположенных в соответствующих магнитных отверстиях; роторный вал, жестко закрепленный в отверстии для вала сердечника ротора; шайбу, плотно контактирующую с как минимум одной определяемой в осевом направлении концевой поверхностью сердечника ротора; и гайку, навинченную на роторный вал так, что на шайбу оказывается давление в направлении сердечника ротора. Внешний периферический конец шайбы расположен в радиальном направлении более внутри, чем магнитные отверстия. Шайба имеет внешнюю окружную форму с углублениями и выступами, в которой расстояние от центра вращения до внешнего периферического конца шайбы периодически изменяется. Расстояние от внешнего периферического конца шайбы до каждого участка с низкой жесткостью больше, чем расстояние от внешнего периферического конца шайбы до каждого магнитного отверстия.

[0007] За счет конфигурирования шайбы с внешней окружной формой с углублениями и выступами, в которой расстояние от центра вращения до внешнего периферического конца периодически изменяется, и за счет установки такого расстояния от внешнего периферического конца шайбы до каждого участка с низкой жесткостью, которое больше, чем расстояние от внешнего периферического конца шайбы до каждого магнитного отверстия, можно приложить осевое усилие на обширной площади сердечника ротора, снижая концентрацию напряжения на участках с низкой жесткостью. В результате можно снизить напряжение, прилагаемое к участкам с низкой жесткостью, с сохранением достаточного осевого усилия.

[0008] Сердечник ротора может содержать множество пар магнитных отверстий, расположенных в окружном направлении, причем каждая пара магнитных отверстий расположена в форме буквы «V», раскрывающейся радиально наружу. Между каждой парой магнитных отверстий может быть выполнен мост в виде тонкого промежутка, и участок с низкой жесткостью может являться мостом.

[0009] При такой конфигурации также и в роторе, содержащем магниты, расположенные в форме буквы «V», можно снизить напряжение, создаваемое на участках с низкой жесткостью, с сохранением достаточного осевого усилия.

[0010] Сердечник ротора может содержать магнитные отверстия, и каждое магнитное отверстие имеет больший размер в окружном направлении, а участок с низкой жесткостью может представлять собой промежуток между магнитными отверстиями, смежными друг с другом в окружном направлении.

[0011] При такой конфигурации также и в роторе, содержащем магниты, расположенные в форме буквы «I», можно снизить напряжение, создаваемое на участках с низкой жесткостью, с сохранением достаточного осевого усилия.

[0012] Шайба может быть расположена таким образом, что в той же фазе, что и фаза каждого участка с низкой жесткостью, расстояние от центра вращения до внешнего периферического конца является минимальным.

[0013] Благодаря этому, расстояние от внешнего периферического конца шайбы до каждого участка с низкой жесткостью легко может быть увеличено, и, таким образом, становится возможным более надежно снижать концентрацию напряжения, создаваемого на участках с низкой жесткостью.

[0014] Сердечник ротора может иметь множество наборов сквозных отверстий в окружном направлении, причем каждый набор сквозных отверстий содержит: пару магнитных отверстий, расположенных в окружном направлении рядом друг с другом в форме буквы «V», раскрывающейся радиально наружу; и промежуточное отверстие, расположенное между парой магнитных отверстий. Каждый участок с низкой жесткостью может представлять собой мост, который является тонким промежутком между каждым магнитным отверстием и каждым промежуточным отверстием.

[0015] При такой конфигурации даже в роторе, выполненном с промежуточными отверстиями, можно снизить напряжение, создаваемое на участках с низкой жесткостью, с сохранением достаточного осевого усилия.

[0016] Шайба может быть расположена таким образом, что в той же фазе, что и фаза промежуточного отверстия, расстояние от центра вращения до внешнего периферического конца становится минимальным.

[0017] Благодаря этому, расстояние от внешнего периферического конца шайбы до каждого участка с низкой жесткостью легко может быть увеличено, и, таким образом, становится возможным более надежно снижать концентрацию напряжения, создаваемого на участках с низкой жесткостью.

[0018] Внешняя окружная форма шайбы может быть в форме шестерни со скругленными углами.

[0019] Внешняя окружная форма шайбы не имеет острых углов, чтобы, таким образом, предотвращать чрезмерную концентрацию напряжения в одном локальном положении.

[0020] Одна из внутренней окружной поверхности шайбы и внешней окружной поверхности роторного вала может содержать шпоночные выступы, выступающие к другой окружной поверхности, а другая из внутренней окружной поверхности шайбы и внешней окружной поверхности роторного вала может иметь шпоночные пазы, в которые входят шпоночные выступы.

[0021] При такой конфигурации можно надежно ограничить фазу шайбы относительно сердечника ротора.

[0022] Согласно вышеуказанной конфигурации шайба имеет внешнюю окружную форму с углублениями и выступами, в которой расстояние от центра вращения до внешнего периферического конца периодически изменяется, и расстояние от внешнего периферического конца шайбы до каждого участка с низкой жесткостью установлено большим, чем расстояние от внешнего периферического конца шайбы до каждого магнитного отверстия. Становится возможным приложить осевое усилие на обширной площади сердечника ротора, снижая концентрацию напряжения на участках с низкой жесткостью. Соответственно можно снизить напряжение, создаваемое на участках с низкой жесткостью, с сохранением достаточного осевого усилия.

Краткое описание чертежей

[0023] Отличительные признаки, преимущества, техническая и промышленная значимость иллюстративных вариантов осуществления настоящего изобретения раскрыты ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи, в которых одинаковые обозначения относятся к одинаковым элементам:

ФИГ. 1 представляет собой схематический продольный вид ротора в разрезе;

ФИГ. 2 представляет собой вид ротора в направлении Y;

ФИГ. 3 представляет собой увеличенный вид части А ФИГ. 2;

ФИГ. 4 представляет собой вид, показывающий другую конфигурацию моста;

ФИГ. 5 представляет собой один пример другого ротора;

ФИГ. 6 представляет собой увеличенный вид части В ФИГ. 5;

ФИГ. 7 представляет собой вид одного примера другого ротора;

ФИГ. 8 представляет собой вид одного примера другого ротора; и

ФИГ. 9 представляет собой вид одного примера ротора предшествующего уровня техники.

Подробное описание вариантов осуществления

[0024] Далее конфигурация ротора 10 для электрической вращающейся машины будет раскрыта со ссылкой на чертежи. ФИГ. 1 представляет собой схематический продольный вид ротора 10 в разрезе. ФИГ. 2 представляет собой вид ротора 10 в направлении Y. На ФИГ. 2 двухточечной пунктирной линией показан только контур гайки 20. ФИГ. 3 представляет собой увеличенный вид части А ФИГ. 2.

[0025] Данный ротор 10 используется для электрической вращающейся машины, например, трехфазной синхронной электрической вращающейся машины, установленной в электрическом транспортном средстве и т.п., в качестве источника привода. Ротор 10 содержит сердечник 12 ротора, постоянные магниты 14, встроенные в сердечник 12 ротора, роторный вал 16, закрепленный в роторе 10, шайбу 18 и гайку 20, оказывающие осевое усилие на сердечник 12 ротора.

[0001] Сердечник 12 ротора в общем виде представляет собой корпус кольцевой формы с отверстием для вала в центре. Сердечник 12 ротора образован путем послойной укладки в осевом направлении множества стальных электромагнитных пластин (например, пластин из кремнистой стали). Сердечник 12 ротора выполнен с множеством отверстий 22 под магниты (далее также - «магнитные отверстия 22») вблизи внешнего периферического конца сердечника 12 ротора, и множество магнитных отверстий 22 расположено с интервалами в окружном направлении. Каждое магнитное отверстие 22 проходит через сердечник 12 ротора, и постоянный магнит 14, образующий магнитный полюс ротора 10, расположен внутри каждого магнитного отверстия 22.

[0002] В этом примере постоянные магниты 14 расположены в форме буквы «V». Т.е. один магнитный полюс 15 образован парой постоянных магнитов 14, расположенных в форме буквы «V», открывающейся радиально наружу. В примере на ФИГ. 2 ротор 10 оснащен шестнадцатью постоянными магнитами 14, образующими восемь магнитных полюсов 15. Каждый постоянный магнит 14 имеет плоское и обычно прямоугольное поперечное сечение, и намагничен в направлении его короткой оси (по существу, в радиальном направления ротора). Из постоянных магнитов 14, постоянные магниты 14, образующие южные магнитные полюса, расположены таким образом, что южные полюса расположены радиально наружу, и постоянные магниты 14, образующие северные магнитные полюса, расположены таким образом, что северные полюса расположены радиально наружу.

[0003] Магнитные отверстия 22 также расположены в форме буквы «V» так, чтобы вмещать постоянные магниты 14, расположенные в форме буквы «V». Т.е. сердечник 12 ротора имеет несколько пар (восемь пар в показанном примере) магнитных отверстий 22, расположенных с равными интервалами в окружном направлении, при этом каждая пара магнитных отверстий 22 расположена в форме буквы «V», раскрывающейся радиально наружу. Каждое магнитное отверстие 22 обычно имеет прямоугольную форму, с размером по длинной оси, который больше, чем у каждого постоянного магнита 14. Поэтому при вводе каждого постоянного магнита 14 в каждое соответствующее магнитное отверстие 22 образуются пустоты с каждой стороны в направлении длинной оси постоянного магнита 14. Такие пустоты называют магнитным барьером, и они функционируют как участки с магнитным сопротивлением для регулирования магнитных характеристик сердечника ротора.

[0029] Два магнитных отверстия 22, относящиеся к одному магнитному полюсу, расположены рядом друг с другом в окружном направлении, и мост 24, являющийся тонким промежутком, расположен между обоими магнитными отверстиями 22. Можно сказать, что данный мост 24 является участком с низкой жесткостью, жесткость которого локально снижена в сердечнике 12 ротора. На таких мостах 24 (участках с низкой жесткостью) напряжение, вероятно, будет концентрироваться так, что оно, вероятно, приведет к их повреждению или разлому. Таким образом, для снижения концентрации напряжения на мостах 24 шайба 18 выполнена с возможностью иметь специальную форму, что будет раскрыто ниже.

[0030] В этом примере каждый мост 24 выполнен как участок сердечника 12 ротора, но мост 24 может быть образован элементом, отличающимся от послойно уложенных стальных пластин, образующих сердечник 12 ротора. Например, как показано на ФИГ. 4, возможна такая конфигурация, что сквозное отверстие, выполненное главным образом в форме буквы «V», продолжается как единая линия, и элемент 25 моста, обозначенный двухточечной линией на ФИГ. 4, может быть расположен в углубленной части этой формы буквы «V». В этом случае материал элемента 25 моста не ограничен определенным материалом, но предпочтительным является использование немагнитного материала.

[0031] Роторный вал 16 вставлен в отверстие для вала сердечника 12 ротора и жестко закреплен там. Роторный вал 16 опирается с возможностью вращения на непоказанный подшипник и вращается вместе с сердечником 12 ротора. Фланец 26, выступающий радиально наружу, предусмотрен в середине роторного вала 16. На сердечник 12 ротора, сквозь который вставлен роторный вал 16, оказывается давление в направлении, противоположном этому фланцу 26.

[0032] Внешняя окружная поверхность роторного вала 16, расположенная вблизи стороны, противоположной фланцу 26, с сердечником 12 ротора, расположенным между ними, имеет наружную резьбу. Сплошными линиями на ФИГ. 1 обозначено положение наружной резьбы. Как будет раскрыто ниже, гайка 20 навинчена на данную наружную резьбу. На этом чертеже роторный вал 16 показан имеющим полую цилиндрическую форму, но конфигурация роторного вала 16 не ограничена определенной конфигурацией, при условии, что роторный вал 16 расположен концентрически с сердечником 12 ротора, и его внешняя окружная поверхность имеет кольцевое поперечное сечение. Поэтому роторный вал 16 может иметь форму цельного круглого стержня или может иметь внутренний канал для охлаждающей жидкости.

[0033] Шайба 18 и гайка 20 вместе с фланцем 26 ограничивают движение сердечника 12 ротора в осевом направлении, а также применяют усилие сжатия в осевом направлении к сердечнику 12 ротора. Роторный вал 16 вставлен через шайбу 18 с ее концевого участка, противоположного фланцу 26, так, что шайба 18 контактирует с осевой концевой поверхностью сердечника 12 ротора. Гайка 20 установлена на роторном валу 16 с его конца, противоположного фланцу 26, так, чтобы быть навинченной на наружную резьбу на роторном валу 16. За счет скрепления этой гайкой 20 сердечник 12 ротора удерживается между шайбой 18 и фланцем 26 так, чтобы было ограничено его движение в осевом направлении, а также было обеспечено усилие сжатия (осевое усилие) в осевом направлении.

[0034] Здесь в роторе 10, раскрытом в настоящем описании изобретения, в целях предотвращения локального повреждения сердечника 12 ротора и т.п. при сохранении достаточной степени осевого усилия, приложенного к сердечнику 12 ротора, шайба 18 выполнена так, чтобы иметь специальную форму. Это будет раскрыто в сравнении с предшествующим уровнем техники. ФИГ. 9 является примером ротора 10 предшествующего уровня техники.

[0035] Когда осевое усилие, приложенное к сердечнику 12 ротора, снижается, фиксирующее усилие для сердечника 12 ротора снижается естественным образом. Когда осевое усилие снижается, зазоры между стальными электромагнитными пластинами, составляющими сердечник 12 ротора, становятся больше, что приводит к утечке охлаждающей жидкости из зазоров. Поэтому является желательным приложение достаточного осевого усилия к сердечнику 12 ротора.

[0036] Для увеличения осевого усилия, приложенного к сердечнику 12 ротора, соответственно, может быть увеличено усилие затяжки гайки 20. Однако в конфигурации предшествующего уровня техники шайба 18 выполнена в форме кольца, диаметр которого по существу такой же, что и у гайки 20, так, что шайба 18 контактирует с сердечником 12 ротора посредством радиально внутренней области, которая по величине составляет одну треть сердечника 12 ротора. Таким образом, если усилие затяжки гайки 20 увеличено, то большое усилие затяжки (осевое усилие) применяется только к этой радиально внутренней области, составляющей по величине одну треть сердечника 12 ротора, и следовательно, сложно приложить значительное осевое усилие ко всему сердечнику 12 ротора.

[0037] Чтобы решить эту проблему, естественным образом рассматривается увеличение площади шайбы 18. Однако в целях предотвращения магнитного короткого замыкания и проблем, связанных с тепловым излучением постоянных магнитов 14 и т.д., предпочтительно, чтобы шайба 18 не закрывала постоянный магнит 14. Чтобы решить эту проблему, например, можно рассмотреть увеличение внешнего диаметра шайбы 18, имеющей кольцевую форму, с приближением к внутренним периферическим концам магнитных отверстий 22. При такой конфигурации усилие затяжки гайки 20 может быть распределенным образом передано на более широкую площадь, и, таким образом, можно применить достаточное осевое усилие ко всему сердечнику 12 ротора.

[0038] Однако, если внешний диаметр кольцевой шайбы 18 просто увеличен, то усилие прилагается вблизи мостов 24, жесткость которых локально снижена. В этом случае напряжение, созданное в сердечнике 12 ротора приложением усилия затяжки, вероятно, будет сконцентрировано на мостах 24, жесткость которых снижена. В результате возникают другие проблемы, такие как повреждение и поломка мостов 24.

[0039] Для устранения этих проблем в роторе 10, раскрытом в настоящем описании изобретения, шайба 18 выполнена как имеющая специальную форму. Т.е., как показано на ФИГ. 2 и ФИГ. 3, внешняя окружная форма шайбы 18 в данном примере расположена в радиальном направлении более внутри, чем магнитные отверстия 22, и расстояние от центра вращения O до внешнего периферического конца шайбы 18 периодически меняется в окружном направлении для получения формы с углублениями и выступами. Дополнительно, как показано на ФИГ. 3, шайба 18 имеет такую форму, что расстояние D1 от внешнего периферического конца шайбы 18 до каждого моста 24 составляет не менее расстояния D2 от внешнего периферического конца шайбы 18 до каждого магнитного отверстия 22. Здесь каждое расстояние D1 и расстояние D2 означает минимальное расстояние. Например, «расстояние D2 от внешнего периферического конца шайбы 18 до каждого магнитного отверстия 22» означает ширину промежутка в месте, где ширина промежутка между внешним периферическим концом шайбы 18 до этого магнитного отверстия 22 становится наименьшей. Аналогично, «расстояние D1 от внешнего периферического конца шайбы 18 до каждого моста 24» означает ширину промежутка в месте, где ширина промежутка между внешним периферическим концом шайбы 18 и этим мостом 24 становится наименьшей.

[0040] Форма шайбы 18 будет раскрыта более подробно. Внешняя окружная форма шайбы 18 по существу имеет форму цветка или по существу форму шестерни со скругленными углами. Каждая из данных формы цветка и формы шестерни имеет выступающие участки 18а в форме дуги, выступающей в радиальном направлении наружу, и углубленные участки 18b в форме дуги, выступающей в радиальном направлении внутрь, при этом выступающие участки 18а и углубленные участки 18b расположены поочередно друг за другом в окружном направлении. Такой изменяющийся период углублений и выступов внешней окружной формы шайбы 18 совпадает с шагом расположения магнитных полюсов 15 или шагом расположения мостов 24 как участков с низкой жесткостью. В настоящем примере предусмотрено восемь магнитных полюсов 15 и восемь мостов 24, и шаг их расположения составляет 360/8=45°; таким образом, выступы и углубления внешней окружной формы шайбы 18 изменяются с периодом 45°.

[0041] Дополнительно шайба 18 расположена таким образом, что центральная точка (далее - «точка 19 углубления») каждого углубленного участка 18b, где расстояние от центра вращения до внешнего периферического конца шайбы 18 становится минимальным, расположена в той же фазе, что и таковая в каждом мосте 24. Другими словами, шайба 18 расположена таким образом, что каждая точка 19 углубления и каждый мост 24 лежат на прямой линии в радиальном направлении.

[0042] Поэтому внешняя окружная форма шайбы 18 аналогична форме, образованной соединяющими линиями, полученными при смещении внутренних периферических концов магнитных отверстий 22, расположенных в форме буквы «V» в направлении радиально внутрь. Однако шайба 18 в месте, соответствующем форме буквы «V», имеет угол α1 раскрытия, который меньше, чем угол α2 раскрытия в этом месте каждого магнитного отверстия 22, так, что шайба 18 имеет форму буквы «V», более глубокую радиально внутрь, чем у магнитного отверстия 22. В результате, расстояние D1 от внешнего периферического конца шайбы 18 до моста 24 является расстоянием не меньшим, чем расстояние D2 от внешнего периферического конца шайбы 18 до магнитного отверстия 22.

[0043] Таким образом, так как расстояние от внешнего окружного конца шайбы 18 до каждого моста 24 становится больше, становится сложнее приложить усилие вблизи каждого моста 24, жесткость которого локально снижена, а это, в свою очередь, позволяет снизить концентрацию напряжения на мосте 24. Соответственно, можно эффективно предотвратить повреждение и поломку мостов 24. В то же время, каждый участок шайбы 18, фаза которого отклоняется от таковой у моста 24, проходит радиально наружу дальше, чем в роторе 10 предшествующего уровня техники, и, таким образом, осевое усилие может быть приложено на более обширной площади сердечника 12 ротора. Соответственно, согласно шайбе 18 в настоящем примере, можно предотвратить локальную поломку сердечника 12 ротора и т.п., сохраняя достаточное осевое усилие, применяемое к сердечнику 12 ротора.

[0044] Для снижения концентрации напряжения на мостах 24 необходимо выровнять фазу каждой точки 19 углубления шайбы 18 с фазой каждого моста 24. Таким образом, в роторе 10, раскрытом в настоящем описании изобретения, для выравнивания фазы шайбы 18 с фазой сердечника 12 ротора, шайба 18 входит в зацепление с роторным валом 16 посредством шпонки. В частности, внутренняя окружная поверхность шайбы 18 оснащена шпоночными выступами 30, выступающими радиально внутрь, и внешняя окружная поверхность роторного вала 16 оснащена шпоночными пазами 32, вмещающими шпоночные выступы 30. Шайба 18 установлена на роторном валу 16 таким образом, что шпоночные выступы 30 входят в шпоночные пазы 32, чтобы ограничить, таким образом, фазу шайбы 18 относительно сердечника 12 ротора предпочтительным способом.

[0045] В настоящем примере шайба 18 оснащена шпоночными выступами 30, а роторный вал 16 оснащен шпоночными пазами 32, но данная комбинация может быть выполнена наоборот. Это значит, что роторный вал 16 может быть оснащен шпоночными выступами, а шайба 18 может быть оснащена шпоночными пазами. Количество шпоночных пазов 32 и количество шпоночных выступов 30 может быть соответствующим образом изменено.

[0046] Далее будет раскрыт другой пример ротора 10. ФИГ. 5 представляет собой вид одного примера другого ротора 10. ФИГ. 6 представляет собой увеличенный вид части В с ФИГ. 5. В данном роторе 10 каждый отдельный магнитный полюс 15 состоит из трех постоянных магнитов 14а, 14b, расположенных в форме перевернутого треугольника (Индексы будут опущены, если постоянные магниты 14а, 14b двух типов не отличаются друг от друга. То же относится к магнитным отверстиям, раскрытым ниже). Т.е. каждый магнитный полюс 15 образован парой постоянных магнитов 14а, расположенных в форме буквы «V», открывающейся радиально наружу, и одним постоянным магнитом 14b, расположенным между соответствующими внешними периферическими концами пары постоянных магнитов 14а.

[0047] Сердечник 12 ротора выполнен с магнитными отверстиями 22 для размещения постоянных магнитов 14. Каждая пара магнитных отверстий 22а расположена в форме буквы «V», раскрывающейся радиально наружу. Следует отметить, что эти два магнитных отверстия 22а расположены не рядом друг с другом в окружном направлении, но имеется промежуточное отверстие 28 между соответствующими внутренними периферическими концами двух магнитных отверстий 22а. Каждое промежуточное отверстие 28 является сквозным отверстием, проходящим через сердечник 12 ротора в осевом направлении. Промежуточное отверстие 28 функционирует как участок с магнитным сопротивлением, и за счет выполнения промежуточного отверстия 28 можно регулировать магнитный поток. Здесь, как становится понятно из ФИГ. 6, мост 24 в качестве тонкого промежутка, жесткость которого локально снижена, предусмотрен между каждым промежуточным отверстием 28 и каждым магнитным отверстием 22а.

[0048] Дополнительно, магнитное отверстие 22b, проходящее в окружном направлении, предусмотрено между соответствующими внешними периферическими концами каждых двух магнитных отверстий 22а. Пара полых отверстий 29 выполнена на обеих окружных сторонах каждого магнитного отверстия 22b. Аналогично промежуточному отверстию 28, каждое полое отверстие 29 является сквозным отверстием, проходящим через сердечник 12 ротора в осевом направлении, и функционирует как участок с магнитным сопротивлением. Это полое отверстие 29 также предусмотрено для регулирования магнитного потока.

[0049] В примерах, показанных на ФИГ. 5 и ФИГ. 6, шайба 18 расположена на осевой концевой поверхности сердечника 12 ротора, и на шайбу 18 оказывается давление в направлении сердечника 12 ротора закрепляющим усилием гайки 20 (не показана на ФИГ. 5 и ФИГ. 6). Аналогично примеру на ФИГ. 2, внешняя окружная форма шайбы 18 в данном примере расположена более радиально внутрь, чем магнитные отверстия 22, и расстояние от центра вращения O до внешнего периферического конца периодически меняется в окружном направлении для получения формы с углублениями и выступами. Дополнительно, как показано на ФИГ. 6, шайба 18 имеет такую форму, что расстояние D1 от внешнего периферического конца шайбы 18 до каждого моста 24 составляет не меньше расстояния D2 от внешнего периферического конца шайбы 18 до каждого магнитного отверстия 22.

[0050] В частности, внешняя окружная форма шайбы 18 имеет в целом форму цветка или форму шестерни со скругленными углами. Каждая из данных формы цветка и формы шестерни имеет выступающие участки 18а, выступающие радиально наружу в форме дуги, и углубленные участки 18b, выступающей радиально внутрь в форме дуги, при этом выступающие участки 18а и углубленные участки 18b расположены поочередно друг за другом в окружном направлении. Такой изменяющийся период углублений и выступов внешней окружной формы шайбы 18 совпадает с шагом расположения магнитных полюсов 15.

[0051] Дополнительно, шайба 18 расположена таким образом, что каждая точка 19 углубления, где расстояние от центра вращения до внешнего периферического конца шайбы 18 становится минимальным, расположена в той же фазе, что и окружной центр промежуточного отверстия 28. Другими словами, шайба 18 расположена таким образом, что каждая точка 19 углубления и окружной центр каждого промежуточного отверстия 28 лежат на прямой линии в радиальном направлении. При такой конфигурации можно снизить концентрацию напряжения на мостах 24, а также возможно приложить осевое усилие на обширной площади сердечника 12 ротора.

[0052] Следует учитывать, что каждый углубленный участок 18b имеет в целом дуговую форму, выступающую радиально внутрь в примерах на ФИГ. 5 и ФИГ. 6, но этот углубленный участок 18b может иметь в целом прямую форму, пролегающую в окружном направлении, как показано на ФИГ. 7. При такой конфигурации по сравнению с примерами на ФИГ. 5 и ФИГ. 6, расстояние D1 от внешнего периферического конца шайбы 18 до моста 24 может быть больше, что позволяет больше снизить концентрацию напряжения на каждый мост 24.

[0053] Далее будет раскрыт другой пример ротора 10. ФИГ. 8 представляет собой вид одного примера другого ротора 10. В данном роторе 10 каждый магнитный полюс 15 образован единичным постоянным магнитом 14, который имеет большую длину, главным образом, в окружном направлении. В примере на ФИГ. 8 ротор 10 содержит шестнадцать магнитных полюсов 15 и шестнадцать постоянных магнитов 14.

[0054] Сердечник 12 ротора выполнен с магнитными отверстиями 22 для размещения постоянных магнитов 14. Каждое магнитное отверстие 22 имеет плоскую прямоугольную форму и имеет большую длину, главным образом, в окружном направлении, а размер его длинной оси больше, чем у постоянного магнита 14. Промежуток 36, имеющий малую ширину, предусмотрен между каждыми двумя магнитными отверстиями 22, прилегающими друг к другу в окружном направлении. Можно сказать, что данный промежуток 36 является участком с низкой жесткостью, жесткость которого локально снижена, как и для моста 24, раскрытого выше.

[0055] Как и для шайбы 18 на ФИГ. 2, шайба 18, находящаяся в плотном контакте с сердечником 12 ротора, имеет внешнюю окружную форму, которая расположена в радиальном направлении более внутри, чем магнитные отверстия 22, и имеет углубления и выступы, для которых расстояние от центра вращения О до внешнего периферического конца периодически меняется в окружном направлении. Дополнительно, как показано на ФИГ. 8, шайба 18 имеет такую форму, что расстояние D1 от внешнего периферического конца шайбы 18 до каждого промежутка 36 является не меньшим, чем расстояние D2 от внешнего периферического конца шайбы 18 до каждого магнитного отверстия 22.

[0056] В частности, внешняя окружная форма шайбы 18 имеет в целом форму цветка или форму звездочки со скругленными углами. Каждая из данных формы цветка и формы шестерни имеет выступающие участки 18а, выступающие радиально наружу в форме дуги, и углубленные участки 18b, выступающей радиально внутрь в форме дуги, при этом выступающие участки 18а и углубленные участки 18b расположены поочередно друг за другом в окружном направлении. Такой изменяющийся период углублений и выступов внешней окружной формы шайбы 18 совпадает с шагом расположения магнитных полюсов 15.

[0057] Дополнительно шайба 18 расположена таким образом, что окружная центральная точка каждого углубленного участка 18b (далее - «точка 19 углубления»), где расстояние от центра вращения до внешнего периферического конца шайбы 18 становится минимальным, расположена в той же фазе, что и каждый промежуток 36. Другими словами, шайба 18 расположена таким образом, что каждая точка 19 углубления и каждый промежуток 36 лежат на прямой линии в радиальном направлении. При такой конфигурации можно снизить концентрацию напряжения на промежутках 36, а также возможно приложить осевое усилие на обширной площади сердечника 12 ротора.

[0058] Как становится понятно из раскрытия выше, в соответствии с ротором 10, раскрытым в настоящем описании изобретения, можно снизить напряжение на участках с низкой жесткостью. Конфигурация, раскрытая в настоящем описании изобретения, является примером, и при том условии, что расстояние от внешнего периферического конца шайбы до каждого участка с низкой жесткостью является не меньше, чем расстояние от внешнего периферического конца шайбы до каждого магнитного отверстия, другие конфигурации могут быть изменены соответствующим образом. Например, в раскрытии выше шайба 18 имеет в целом форму шестерни со скругленными углами, но может в целом иметь форму шестерни с острыми углами. Однако во избежание чрезмерной концентрации напряжения в одном отдельном положении, предпочтительно по возможности избегать острых углов для внешней окружной формы шайбы 18.

1. Ротор для электрической вращающейся машины, содержащий:

сердечник ротора, имеющий в целом кольцевую форму с отверстием для вала в центре, причем сердечник ротора имеет множество отверстий под магниты, расположенных в окружном направлении, и сердечник ротора содержит как минимум один участок с низкой жесткостью, жесткость которого в сердечнике ротора локально снижена;

множество магнитов, расположенных в соответствующих отверстиях под магниты;

роторный вал, жестко закрепленный в отверстии для вала сердечника ротора;

шайбу, плотно контактирующую с определяемой в осевом направлении концевой поверхностью сердечника ротора; и

гайку, навинченную на роторный вал так, что на шайбу оказывается давление в направлении сердечника ротора, в котором

внешний периферический конец шайбы расположен в радиальном направлении ближе к центру вращения, чем отверстия под магниты,

шайба имеет внешнюю окружную форму с углублениями и выступами, в которой расстояние от центра вращения до внешнего периферического конца шайбы периодически изменяется, и

расстояние от внешнего периферического конца шайбы до каждого участка с низкой жесткостью больше, чем расстояние от внешнего периферического конца шайбы до каждого отверстия под магнит.

2. Ротор электрической вращающейся машины по п. 1, в котором

сердечник ротора содержит множество пар отверстий под магниты, расположенных в окружном направлении, причем каждая пара отверстий под магниты расположена в форме буквы «V», раскрывающейся радиально наружу,

между каждой парой отверстий под магниты выполнен мост в виде тонкого промежутка, и

участок с низкой жесткостью является мостом.

3. Ротор электрической вращающейся машины по п. 1, в котором

сердечник ротора содержит отверстия под магниты, и каждое отверстие под магнит имеет больший размер в окружном направлении, чем в радиальном направлении, а участок с низкой жесткостью представляет собой промежуток между отверстиями под магниты, смежными друг с другом в окружном направлении.

4. Ротор для электрической вращающейся машины по п. 2 или 3, в котором

шайба расположена таким образом, что в той же фазе, что и фаза каждого участка с низкой жесткостью, расстояние от центра вращения до внешнего периферического конца является минимальным.

5. Ротор электрической вращающейся машины по п. 1, в котором

сердечник ротора имеет множество наборов сквозных отверстий в окружном направлении, причем каждый набор сквозных отверстий содержит: пару отверстий под магниты, расположенных в окружном направлении рядом друг с другом в форме буквы «V», раскрывающейся радиально наружу, и промежуточное отверстие, расположенное между парой отверстий под магниты, и

каждый участок с низкой жесткостью представляет собой мост, который является тонким промежутком между каждым отверстием под магнит и каждым промежуточным отверстием.

6. Ротор для электрической вращающейся машины по п. 5, в котором шайба расположена таким образом, что в той же фазе, что и фаза промежуточного отверстия, расстояние от центра вращения до внешнего периферического конца становится минимальным.

7. Ротор электрической вращающейся машины по п. 1, в котором внешняя окружная форма шайбы имеет вид шестерни со скругленными углами.

8. Ротор электрической вращающейся машины по п. 1, в котором

одна из внутренней окружной поверхности шайбы и внешней окружной поверхности роторного вала содержит шпоночные выступы, выступающие к другой окружной поверхности, а

другая из внутренней окружной поверхности шайбы и внешней окружной поверхности роторного вала имеет шпоночные пазы, в которые входят шпоночные выступы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении эффективности ротора.

Изобретение относится к вращающимся электрическим машинам, в частности к способу изготовления ротора электрической машины с постоянными магнитами. Технический результат - обеспечение возможности повышения мощности синхронных машин с постоянными магнитами.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройству роторов электрических машин с возбуждением от постоянных магнитов. Технический результат – повышение энергетических характеристик.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам с постоянными магнитами. Технический результат – повышение надёжности крепления магнитов, снижение колебаний крутящего момента.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способу и устройству разборки электрических машин с постоянными магнитами для ремонта и обслуживания. Устройство для извлечения ротора с постоянными магнитами содержит лапы, первую рукоятку с возможностью вращения, резьбовую втулку, установленную на валу и фиксирующую положение лап, и вторую рукоятку с возможностью вращения, при этом вал прикреплен к глухому концу трубы из титана для извлечения ротора.

Изобретение относится к ротору с постоянными магнитами для электрической машины и к системе фиксации этих магнитов в соответствующих гнездах. Технический результат - обеспечение простого в изготовлении ротора с надёжной фиксацией магнитов.

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при проектировании и изготовлении высокооборотных электрических машин с постоянными магнитами на роторе.

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано в высокоскоростных электрических генераторах. Техническим результатом является повышение надежности и долговечности ротора высокоскоростного генератора, а также повышение его энергетических характеристик.

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим машинам. Технический результат состоит в упрощении намагничивания.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электродвигателям с постоянными магнитами, применяемым, например, в погружном электроприводе для подъема пластовой жидкости.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат - уменьшение тормозных электромагнитных моментов, уменьшение дополнительных потерь от продольных вихревых токов в листах электротехнической стали ярма статора.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу изготовления кольцеобразной активной части машин мощностью 1 МВт и более. Технический результат – повышение технологичности монтажа.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, более конкретно к статору электрической машины. Технический результат - улучшение удельных характеристик электрической машины, увеличение коэффициента использования материала при изготовлении статора, а также снижение себестоимости и массы статора.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в обеспечении возможности исследования магнитного выдавливания свободных электронов из металлов при их вращении в радиально-цилиндрическом магнитном поле.

Изобретение относится к области электротехники и может применяться в асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором. Техническим результатом является повышение интенсивности охлаждения без использования вентиляционных лопаток на роторе.

Изобретение относится к энергомашиностроению и касается выполнения магнитных систем роторов с постоянными магнитами. Технический результат – повышение ремонтопригодности.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к ротору вращающейся электрической машины. Технический результат - предотвращение выпадения магнитов из отверстий, а также уменьшение утечки магнитного потока.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструкции ротора с постоянными магнитами для высокоскоростной электрической машины. Технический результат – повышение надежности.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении эффективности ротора.

Изобретение относится к области электротехники, а точнее к способам изготовления синхронных и шаговых электрических машин, в том числе для космических аппаратов (КА).

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электромеханических преобразователях энергии автономных объектов. Техническим результатом является повышение надежности, энергоэффективности и минимизация тепловыделений, повышение к.п.д. на 1-2%. Магнитопровод статора содержит подковообразные сердечники, набранные из ленты аморфного железа, образующие пазы и зубцы. Обмотка уложена в пазах. Подковообразные сердечники выполнены в виде изолированных друг от друга секторов в аксиальном направлении, на внешней стороне которых расположено витое кольцо из ленты аморфного железа в виде изолированных друг от друга секторов в аксиальном направлении и установленных в диэлектрическом остове. Между подковообразными сердечниками и витыми кольцами образованы каналы, в которые установлены аксиальные трубки охлаждения. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к ротору электрической машины. Технический результат – повышение надежности ротора. Ротор для электрической вращающейся машины содержит сердечник ротора, имеющий как минимум один участок с низкой жесткостью, множество магнитов, роторный вал, шайбу, плотно контактирующую с как минимум одной определяемой в осевом направлении концевой поверхностью сердечника ротора и гайку. Внешний периферический конец шайбы расположен в радиальном направлении ближе к центру вращения, чем отверстия под магниты. Шайба имеет внешнюю окружную форму с углублениями и выступами, в которой расстояние от центра вращения до внешнего периферического конца шайбы периодически изменяется. При этом расстояние от внешнего периферического конца шайбы до каждого участка с низкой жесткостью больше, чем расстояние от внешнего периферического конца шайбы до каждого отверстия под магнит. 7 з.п. ф-лы, 9 ил.

Наверх