CS263344B1

CS263344B1 - Rotor of rotating electrical machine

Info

Publication number: CS263344B1
Application number: CS876736A
Authority: CS
Inventors: Jaromir Ing Dresler; Jiri Ing Daniel; Tomas Ing Nepustil
Original assignee: Dresler Jaromir; Daniel Jiri; Nepustil Tomas
Priority date: 1987-09-18
Filing date: 1987-09-18
Publication date: 1989-04-14
Also published as: CS673687A1

Abstract

Řešení se týká rotoru elektrického stroje točivého, opatřeného magnetickým obvodem, tvořeným svazkem plechů a budicími hranolovitými permanentními magnety prostřídané polarity, uspořádány u jeho válcovitého pqvrchu ve vytvrditelné plastické hmotě. Účelem je zejména docílení zvýšené mechanické odolnosti vůči odstředivým silám, odstranění mechanických deformací plastické hmoty a její vytlačování do okolního volného grostoru a uvolňování magnetů. Uvedeného účelu se dosáhne tím, že magnetický obvod je umístěn na nosiči miskovitého tvaru, uloženým kotoučovitou částí na hřídeli rotoru, opatřeným u převrácené první čelní strany magnetického obvodu kanálem rozvodu plastické li^oty, napojeným na vtokový kanál a odvzdušňovací kanál, přičemž ke druhé čelní straně mag·» netického obvodu přiléhá kryt pro vymezení jeho axiální polohy na nosiči.The solution concerns a rotor of a rotating electric machine, provided with a magnetic circuit formed by a bundle of sheets and exciting prismatic permanent magnets of alternating polarity, arranged at its cylindrical surface in a hardenable plastic. The purpose is in particular to achieve increased mechanical resistance to centrifugal forces, to eliminate mechanical deformations of the plastic and its extrusion into the surrounding free space and to release the magnets. The stated purpose is achieved by the magnetic circuit being placed on a cup-shaped carrier, mounted by a disc-shaped part on the rotor shaft, provided at the inverted first front side of the magnetic circuit with a plastic flux distribution channel, connected to the inlet channel and the vent channel, while a cover adjoins the second front side of the magnetic circuit to define its axial position on the carrier.

Description

Vynalez ae týká rotoru elektriokého stroje točivého, zejména vnějšího rotoru pomocného budiče střídavého generátoru elektrického proudu v kaskádním uspořádání, opatřeného magnetickým obvodem, sestávajícím ze svazku plechů, s jehož válcovitým povrchem jsou v magneticky vodivém styku radiálně polarizované hranolovité budicí permanentní magnety prostřídané polarity v tangenciálním směru svazku plechů, přičemž permanentní magnety jsou uspořádány ve vytvrditelné plastické hmotě mající plochu, přivrácenou k válcovitému povrchu magnetického obvodu statoru, upravenou do válcovitého tvaru.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a rotor of an electric rotary machine, in particular an external rotor of an auxiliary generator of an alternating current generator in a cascade arrangement, provided with a magnetic circuit consisting of a sheet of metal plate with radially polarized prismatic excitation permanent magnets alternating in tangential direction the permanent magnets are arranged in a curable plastic having a surface facing the cylindrical surface of the stator magnetic circuit, adapted to a cylindrical shape.

Stávající porovnatelná progresivní řešení střídavých gene rátorů elektrického proudu jsou pro potřebu zajištění základní funkce vlastního počátečního vyvození budicího magnetického toku často navrhovány jako vícestupňové, kde jednotlivé stroje tvoří kaskádu, převážně sestávající z hlavního střídavého generátoru, z budicího generátoru s rotujícím usměrňovačem a z pomocného budiče. U takového kaskádního uspořádání střídavého generátoru elektrického proudu bývá pomocný budič ponejvíce navrhován s vnějším rotorem, umfsíovaným na společné hřídeli střídavého generátoru, kde magnetický obvod vnějšího rotoru pomocného budiče je tvořen svazkem plechů a hranolovitými budicími permanentními magnety, magneticky polarizovanými v radiálním směru svazku plechů, s jejichž vnitřním válcovitým povrchem jsou v přímém magneticky vodivém styku, převážně tak, že jsou uloženy v jim odpovídajících vybráních, provedených na tomto vnitřním válcovitém povrchu svazku plechů. V tangen-Current comparable progressive alternating current generator solutions are often designed to provide the basic function of the initial generation of the excitation magnetic flux as a multi-stage where the individual machines form a cascade, mainly consisting of a main AC generator, a rotating rectifier excitation generator and an auxiliary exciter. In such a cascade arrangement of an AC generator, the auxiliary exciter is generally designed with an external rotor mounted on a common AC generator shaft, wherein the magnetic circuit of the external rotor of the auxiliary exciter consists of a plate stack and prismatic excitation permanent magnets magnetically polarized in the radial direction of the sheet stack. the inner cylindrical surface of which is in direct magnetic conductive contact, predominantly by being received in their corresponding recesses made on this inner cylindrical surface of the stack of sheets. In tangen-

263 344 ciálním směru svazku plechů jsou pak permanentní magnety uspořádány s navzájem prostřídanou magnetickou polaritou pro vyvození příslušného budicího magnetického toku pomocného budiče o požadovaném počtu pólů· Pro zajištění mechanické pevnosti uložení budicích permanentních magnetů u vnitřního válcovitého povrchu svazku plechů magnetického obvodu vnějšího rotoru pomocného budiče jsou permanentní magnety uspořádány ve vytvrditelné plastické hmotě, například provedené na bázi epoxidové pryskyřice, která má plochu, přivrácenou k vnějšímu válcovitému povrchu magnetického obvodu statoru pomocného budiče, upravenou do hladkého válcovitého tvaru pro docílení co nejnižší úrovně ztrát třením a vířením chladicího prostředí. Stávající konstrukční uspořádání vnějsíoh rotorů pomocných budičů bývají navíc charakterizovány i tím, že z důvodu úspory celkového zastavovacího prostoru soustavy střídavého generátoru elektrického proudu jsou jejich magnetické obvody umísťovány v kompaktním nosném tělese, které v soustavě střídavého generátoru zajišťuje ještě další potřebnou funkci, jako například ve ventilátoru. V takovém případě se však vždy jedná o nepoměrně náročnější technologii výroby, která negativně ovlivňuje celkové pořizovací náklady střídavého generátoru elektrického proudu v kaskádním uspořádání, neboť i vpravování vytvrditelné plastické hmoty může být prováděno jen z jedné, vzhledem k mag netickému obvodu vnějšího rotoru pomocného budiče, otevřené čelní strany ventilátoru, která slouží k nalisování svazku plechů, a navíc po vpravení plastické hmoty do prostoru u permanentních magnetů musí zpravidla dojit ještě k následnému opracování jejich funkčních ploch. Z hlediska zajištění potřebné mechanické odolnosti vůči odstředivým silám, vyvozovaných kromě vlastních setrvačných hmot i setrvačnými hmotami magnetického obvodu vnějšího rotoru pomocného budiče, musí být ventilátor prováděn s ohledem na materiál vhodný k odlévání, kterým je dosud převážně hliník, nepřiměřeně masivní, což má za následek poměrně značnou hmotnost ventilátoru, která nepříznivě ovlivňuje požadovanou nízkou úroveň momentu setrvač- 3 263 344 nosti rotujících hmot soustavy střídavého generátoru elektrického proudu v kaskádním uspořádání. Za další závažnou nevýhodu je pak nutno považovat 1 skutečnost, že plastická hmota není z otevřené čelní strany ventilátoru nijak chráněna proti mechanickým vlivům, kdy působením odstředivých sil dochází k její mechanické deformaci, převážně popraskání, a k jejímu vytlačování do okolního prostoru v sousedství otevřené čelní strany ventilátoru, což zapříčiňuje nepřípustné uvolňování budicích permanentních magnetů, které ve svém mezním důsledku může vést až k havárii celé soustavy střídavého generátoru elektrického proudu.The permanent magnets are then arranged with alternating magnetic polarity to generate the respective excitation magnetic flux of the auxiliary exciter of the required number of poles. To ensure the mechanical strength of the excitation permanent magnet mounting at the inner cylindrical surface of the magnetic stack of the auxiliary exciter rotor The permanent magnets are arranged in a curable plastic, for example based on an epoxy resin, having a surface facing the outer cylindrical surface of the magnetic circuit of the auxiliary exciter stator, adapted to a smooth cylindrical shape to achieve the lowest level of friction and vortex losses. Moreover, the existing design of the external rotors of the auxiliary exciters is characterized by the fact that, in order to save the overall stopping space of the AC generator system, their magnetic circuits are placed in a compact support body which provides an additional function in the AC generator system. . In such a case, however, this is a disproportionately demanding production technology which negatively affects the total cost of the AC generator in a cascade configuration, since even the incorporation of the curable plastic can be carried out from only one of the auxiliary exciter external rotor circuits, the open front of the fan, which serves for pressing the stack of sheets and, moreover, after the plastic has been introduced into the space of the permanent magnets, the functional surfaces must then be subsequently machined. In order to provide the necessary mechanical resistance to centrifugal forces exerted in addition to the inertia masses itself and the inertia masses of the external rotor of the auxiliary exciter, the fan must be disproportionately massive with respect to the casting material which is still predominantly aluminum. the relatively high mass of the fan, which adversely affects the required low torque level of the rotating masses of the cascaded AC generator assembly. Another serious disadvantage is the fact that the plastic material is not protected from mechanical influences from the open front side of the fan, when the centrifugal forces cause its mechanical deformation, mostly cracking, and its extrusion into the surrounding space adjacent to the open front side. This causes an unacceptable release of the excitation permanent magnets, which, as a marginal consequence, can lead to the failure of the entire AC generator system.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny u rotoru elektrického stroje točivého podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že magnetický obvod je umístěn na nosiči miskovitého tvaru, uloženém svou kotoučovitou částí na hřídeli rotoru, kde nosič je na straně, přiléhající k přivrácené první čelní straně magnetického obvodu, opatřen prstencovitým prvním kanálem rozvodu plastické hmoty v její tekuté fázi, otevřeným směrem k přivráceným prvním čelním stranám permanentních magnetů, do něhož je zaústěn alespoň jeden vtokový kanál a alespoň jeden odvzduěňovací kanál, které jsou vytvořeny v kotoučovité části a/nebo v prstencovité části nosiče, přičemž ke druhé čelní straně magnetického obvodu, odvrácené od nosiče, přiléhá kryt pro vymezení axiální polohy magnetického obvodu na nosiči.The aforementioned drawbacks are eliminated in the rotor of an electric machine rotating according to the invention, characterized in that the magnetic circuit is located on a cup-shaped support supported by its disc-shaped part on the rotor shaft, the support being on the side abutting the first face of the magnetic provided with an annular first channel of plastic distribution in its liquid phase, open towards the facing first faces of the permanent magnets, into which at least one inlet channel and at least one vent channel are formed, which are formed in the disc-shaped portion and / or in the annular portion a carrier, wherein a cover adjoins the other end of the magnetic circuit facing away from the carrier to define the axial position of the magnetic circuit on the carrier.

Vytvořením rotoru elektrického stroje točivého podle vynálezu, jehož magnetioký obvod je umístěn na samostatném nosiči, se zejména docílí významného zlepšení jeho mechanické odolnosti vůči vyvozovaným odstředivým silám, usnadní se vpravování plastické hmoty do prostoru kolem permanentních magnetů, kterou při upotřebení vhodné tvarovací formy nebude již třeba nijak následně opracovávat, přičemž užitím krytu, upevněném k nosiči z. otevřené čelní strany jeho prstencovité části, se jednoznačně zamezí jakékoliv případné nežádoucí změně polohy magnetického obvodu rotoru v jeho axiálním směru. KroměBy providing the rotor of an electric rotary machine according to the invention, the magneto-magnetic circuit of which is mounted on a separate carrier, in particular, it significantly improves its mechanical resistance to the applied centrifugal forces, facilitates the introduction of plastic into the space around the permanent magnets. In this way, any possible undesirable change in the position of the magnetic circuit of the rotor in its axial direction is avoided by using the cover fastened to the support from the open front side of its annular part. Except

IAND

- 4 263 344 toho může kryt sloužit jako funkční prvek píro vyvážení sestavy celého rotoru soustavy střídavého generátoru elektrického proudu v kaskádním uspořádání a navíc, je-li opatřen ventilačními lopatkami, může zajišťovat i funkci ventilátoru. Pro zabezpečení optimálních podmínek přímého styku chladicího prostředí s magnetickým obvodem rotoru podle vynálezu je možné nosič opatřit v jeho kotoučovité části alespoň dvěma průtokovými axiálními ventilačními otvory a v případě potřeby i vhodnými prostředky pro jeho demontáž z hřídele rotoru.4 263 344, the cover can serve as a functional element for balancing the entire rotor assembly of the AC generator assembly in a cascade configuration, and in addition, if it is provided with ventilation vanes, it can also provide a fan function. In order to ensure optimal conditions of direct contact between the cooling medium and the magnetic circuit of the rotor according to the invention, it is possible to provide the carrier in its disc-shaped part with at least two flow axial ventilation openings and if necessary with suitable means for its removal from the rotor shaft.

Na připojeném výkresu je znázorněn příklad provedení rotoru elektrického stroje točivého podle vynálezu, kde na obr. 1 je znázorněno možné vytvoření rotoru pomocného budiče střídavého generátoru elektrického proudu v kaskádním uspořádání v příčném řezu A-A, vyznačeném na obr. 2, na kterém je tento rotor znázorněn v čelním pohledu ze strany uspořádání krytu magnetického obvodu.In the accompanying drawing, there is shown an exemplary embodiment of a rotor of an electric rotating machine according to the invention, wherein FIG. 1 shows a possible cascade configuration of the rotor of an alternating current generator of the AC generator in cross-section AA shown in FIG. in a front view of the arrangement of the magnetic circuit cover.

Rotor elektrického stroje točivého podle vynálezu, který je na obr. 1 a 2 proveden jako vnějěí rotor pomocného budiče střídavého generátoru elektrického proudu v kaskádním uspořádání, je pro zajištění základní funkoe vyvozování budicího magnetického toku opatřen magnetickým obvodem 2» který je tvořen jednak svazkem 2 plechů a jednak radiálně polarizovanými hranoloví tými budicími permanentními magnety 2» j®ž jsou v přímém magneticky vodivém styku s vnitřním válcovitým povrchem svazku 2 plechů. Budicí permanentní magnety 2 jsou přitom ke svazku 2 plechů upevněny pomocí vytvrditelné plastické hmoty 4, která má pro docílení minimální úrovně aerodynamických ztrát třením a vířením chladicího prostředí upravenou plochu, přivrácenou do pracovní vzduchové mezery stroje a tedy přivráoenou k vnějšímu válcovitému povrchu magnetického obvodu statoru, do hladkého válcovitého tvaru.The rotor of the electric rotary machine according to the invention, which is designed as an external rotor of the auxiliary generator of an AC generator in cascade arrangement in Figs. 1 and 2, is provided with a magnetic circuit 2 and, on the other hand, the radially polarized prisms with the excitation permanent magnets 2, which are in direct magnetically conductive contact with the inner cylindrical surface of the sheet bundle 2. In this case, the excitation permanent magnets 2 are fastened to the sheet bundle 2 by means of a curable plastic material 4, which, in order to achieve a minimum level of aerodynamic losses by friction and turbulence of the cooling environment, is provided by the surface facing the working air gap. into a smooth cylindrical shape.

Jak je názorně patrno podle obr. 1 a 2, je magnetický obvod 2 uspořádán na samostatném nosiči 2 miskovitého tvaru z vhodného mechanicky odolného materiálu vůči vyvozovaným odstředivým silám, který je svou kotoučovitou částí 6 uloženAs can be seen from FIGS. 1 and 2, the magnetic circuit 2 is arranged on a separate cup-shaped support 2 made of a suitable mechanically resistant material against the applied centrifugal forces, which is supported by its disk-shaped part 6

263 344 na hřídeli 10 rotoru. U tohoto výhodného řešení rotoru elektrického stroje točivého podle vynálezu má nosič 2 na straně, které přiléhá k přivrácené první čelní straně magnetického obvodu 2» vytvořen prstencovitý první kanál 12 rozvodu plastické hmoty 4 v její původně tekuté fázi. Tento první kanál 12 je otevřen směrem k přiléhajícím prvním čelním stranám permanentních magnetů 2 a pro možnost vpravování vytvrditelné plastické hmoty 4 je do něho zaústěn alespoň jeden vtokový kanál 8 a současně s ním alespoň jeden odvzdušnovací kanál 2» které jsou příslušně vhodně provedeny v kotoučovité části 6 nosiče 5 a/nebo v jeho prstencovité části 7. Aby nemohlo nijak dojít k nežádoucí mechanické deformaci plastické hmoty 4 v její trvale pevné fázi, spojené následně vždy s uvolňováním permanentních magnetů 2 válcovitého povrchu svazku 2 plechů a s jejím možným vytlačováním do okolního volného prostoru v sousedství druhé čelní strany magnetického obvodu 2» přiléhá k této druhé čelní straně magnetického obvodu 2 kryt 21» který tím současně plní funkci vymezení pevné axiální polohy magnetického obvodu 2 na nosiči 2· Pevné uložení krytu 11 na hřídeli 10 rotoru vůči nosiči 2 může být zajištěno libovolným vhodným způsobem. Za jedno z praktických lze pak považovat vzájemné pevné spojení krytu 11 a nosiče 2 pomocí prostředků 16 rozebíratelného spojení, které jaou konkrétně na obr. 1 a 2 představovány šrouby. Jak je dále na obr. 1 patrno, může být tento kryt 11 opatřen na straně, přiléhající ke druhé čelní straně magnetického obvodu 2» prstencovítým druhým kanálem 13. otevřeným směrem k přiléhajícím druhým čelním stranám permanentních magnetů 2» který výhodně přispívá k potřebnému dobrému rozvodu plastické hmoty 4 v prostoru kolem uspořádání permanentních magnetů 2· Přitom z funkčního a technologického hlediska požadovaného rovnoměrného rozvodu plastické hmoty £ za účelem dosažení optimálního pevného uchycení permanentních magnetů 2 ^u válcovitého povrohu svazku 2 plechů je výhodné provést tento druhý kanál 13. aby Uyl vzhledem k radiální rovině souměrnosti magnetického obvodu 2 zrcadlově obrácený vůči prstencovitému prvnímu kanálu 12.263 344 on the rotor shaft 10. In this preferred embodiment of the rotor of an electric machine rotating according to the invention, the carrier 2 has an annular first plastic distribution channel 12 in its originally liquid phase on its side facing the first face of the magnetic circuit 2. This first channel 12 is open towards the adjacent first faces of the permanent magnets 2 and at least one inlet channel 8 and at least one vent channel 2 ' In order to prevent any undesirable mechanical deformation of the plastic material 4 in its permanently solid phase, associated in each case with the release of the permanent magnets 2 of the cylindrical surface of the sheet bundle 2 and its possible extrusion into the surrounding free space. adjacent to the second face of the magnetic circuit 2, a cover 21 is adjacent to the second face of the magnetic circuit 2, which at the same time serves to define a fixed axial position of the magnetic circuit 2 on the carrier 2. 2 and may be secured in any suitable manner. One practical way of doing so is to consider the fixed connection of the cover 11 and the carrier 2 to each other by means of a detachable connection means 16, which in particular are represented in FIGS. 1 and 2 by screws. As can further be seen in FIG. 1, this cover 11 may be provided on the side adjacent to the second end face of the magnetic circuit 2 with an annular second channel 13 open towards the adjacent second end faces of the permanent magnets 2 which advantageously contributes to good distribution. At the same time, from the functional and technological point of view, a uniform distribution of the plastic material 4 in order to achieve an optimum fastening of the permanent magnets 2 ^{to the} cylindrical surface of the sheet bundle 2 is advantageous to provide this second channel 13. a radial plane of symmetry of the magnetic circuit 2 mirror-inverted with respect to the annular first channel 12.

- 6 263 344- 6,263,344

Kryt 11 může současně výhodně sloužit i k dalším funkčním účelům, jako například pro vyvažování celé sestavy rotoru střídavého generátoru elektrického proudu v kaskádním uspořádání tím, že jej lze na straně, odvrácené od magnetického obvodu 2» opatřit prostředky pro vyvážení sestavy rotoru, například vhodným kruhovitým vybráním 14. které slouží pro umístění vyvažovačích tělísek· Kromě toho může kryt 11 zajišťovat i funkci ventilátoru, pokud je opatřen ventilačními lopatkami·At the same time, the housing 11 can also advantageously serve other functional purposes, such as for balancing the entire rotor assembly of an AC generator in a cascade arrangement, by providing means for balancing the rotor assembly on the side facing away from the magnetic circuit 2. 14. which serves to accommodate balancing bodies. In addition, the cover 11 can also function as a fan if it is provided with ventilation vanes.

K vlastnímu Intenzivnímu ochlazování magnetického obvodu J. rotoru elektrického stroje točivého podle vynálezu a současně i jeho magnetického obvodu statoru přímým stykem s chladicím prostředím pak příznivě přispívá i výhodné vytvoření ventilačních otvorů 15« zhotovených v kotoučovité části 6 nosičeThe advantageous formation of ventilation openings 15 'made in the disc-shaped part 6 of the carrier also contributes to the actual intensive cooling of the magnetic circuit 11 of the rotor of the electric machine rotating according to the invention and its magnetic circuit of the stator by direct contact with the cooling medium.

Pokud vznikne jakákoliv potřeba demontovat nosič £ z hřídele 10 rotoru, lze tento nosič 2 opatřit vhodnými demontážními prostředky, které mohou být například provedeny jako závitové otvory v jeho kotoučovité části 6.If there is any need to disassemble the carrier 6 from the rotor shaft 10, the carrier 2 may be provided with suitable disassembly means, which may, for example, be threaded holes in its disk-shaped part 6.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

263 344

A rotor of an electric rotary machine, in particular an external rotor of an auxiliary generator of an alternating current generator in a cascade arrangement, provided with a magnetic circuit consisting of a sheet of metal, the cylindrical surface of which in magnetically conductive contact are radially polarized prismatic permanent magnets the permanent magnets are arranged in a curable plastic having a surface facing the cylindrical surface of the stator magnetic circuit, arranged in a cylindrical shape, characterized in that the magnetic circuit (1) is arranged on a cup-shaped support (5), supported by its disc-shaped part (6) on the rotor shaft (10), the carrier (5) being provided with an annular first plastic distribution channel (4) in its side facing the first face of the magnetic circuit (1).a liquid phase, open towards the facing first faces of the permanent magnets (3), into which at least one inlet channel (8) and at least one vent channel (9) are formed, which are formed in the disc-like part (6) and / or in the annular a part (7) of the support (5), wherein a cover (11) abutting the other end face of the magnetic circuit (1) facing away from the support (5) to define the axial position of the magnetic circuit (1) on the support (5).

Rotor according to claim 1, characterized in that the cover (11) is provided with an annular second plastic distribution channel (13) in its liquid phase, open on its side adjacent to the other front side of the magnetic circuit (1). towards the facing second faces of the permanent magnets (3) ·

Rotor according to claim 2, characterized in that the second channel (13) is mirror-inverted with respect to the axial radial plane of the magnetic circuit (1).