Явнополюсний ротор синхронної електричної машини

Изобретение относится к электротехнике, а именно к крупным явнополюсным синхронным электрическим машинам, в частности к тяговым синхронным генераторам. Известны явнополюсные роторы синхронных электрических машин, массивное ярмо и сердечники полюсов которых выполнены за одно целое (в виде зубчатки) с резьбовым креплением отъемных полюсных наконечников, удерживающих катушки [1]. Недостатками этой конструкции являются большая трудоемкость, вследствие необходимости малопроизводительной обработки резанием (фрезерование по контуру сердечников полюсов) и большого Объема электросварочных работ, а также повышенная металлоемкость из-за необходимости вырезки зубчатого магнитопровода из целого листа и невозможности сегментирования с рациональным раскроем. Конструкцией, наиболее близкой к изобретению, является ротор синхронной электрической машины [2], содержащей ярмо из тонких штампованных листовых сегментов, сердечники полюсов, закрепляемые в ярме с помощью хвостовиков и Т-образных выступов, нажимные фланцы, выполненные в виде массивных дисков, скрепляющие листы магнитопровода. Недостатком известной конструкции являются увеличенные массо-габаритные показатели из-за необходимости иметь в роторе объемную и тяжелую кольцевую зо ну, в которой расположены элементы крепления полюсов (выступы, хвостовики, шпонки). и которая не несет другой функциональной нагрузки (не воспринимает тангенциальные усилия в ярме и практически не передает магнитный поток). При этом в крупных быстроходных машинах, у которых величина центробежной силы одного полюса доходит до 100 т и более, размеры элементов крепления велики и весьма существенно увеличивают массу и габариты ротора. Кроме того, сегментирование ярма существенно снижает его прочность, что не позволяет применять сегментированное ярмо в крупных быстроходных машинах, например, синхронных тяговых генераторах. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования явнополюсного ротора синхронной электрической машины путем изменения взаимосвязей составных частей ротора и элементов крепления, чем обеспечивается надежное крепление сегментов магнитопровода и равнопрочность сегментированного ярма, что позволяет снизить массу и металлоемкость ротора, а также повысить надежность машины, Поставленная задача решается тем, что в явнополюсном роторе синхронной электрической машины, содержащем магнитопровод, выполненный из штампованных листовых сегментов, скрепленных массивными нажимными фланцами, и катушки возбуждения, согласно изобретению, ротор снабжен отъемными полюсными наконечниками, линии стыков сегментов проходят по центральным осям полюсов, каждый сегмент содержит по меньшей мере один неразрезанный сердечник полюса, нажимные фланцы выполнены в виде зубчаты х дисков, причем каждый зубец соответствует выступающему сердечнику полюса, и снабжены с наружных торцев кольцевыми 'выступами для крепления полюсных наконечников и поджатия катушек. В предложенной конструкции сердечник полюса в сегменте выполнен заодно с ярмом, что позволяет значительно снизить массу и металлоемкость ротора за счет исключения кольцевой зоны крепления полюсов. Кроме того, скрепляющие сегменты, нажимные фланцы выполнены с кольцевыми выступами, приспособленными для крепления к ярму полюсных наконечников и катушек без ослабления шихтованного магнитопровода отверстиями элементов крепления, а расположение стыков сегментов по осям симметрии полюсов обеспечивает равнопрочность сегментированного ярма по сравнению с таким же цельным, т.к. при этом опасные сечения ярма, между полюсами, остаются цельными, без стыков, что в итоге позволяет повысить надежность. В предложенной конструкции элементы крепления полюсных катушек и наконечников вынесены за пределы шихтованной части магнитопровода, что позволяет применить ротор с шихто ванным магнито-проводом в быстроходных крупногабаритных машинах, например тяговых синхронных генераторах. Сущность изобретения поясняется чертежами; фиг.1 - продольный разрез явнополюсного ротора, фиг.2 поперечный разрез явнополюсного ротора, фиг.3 - разрез полюса параллельно плоскости полюсного наконечника, фиг.4 - варианты раскроя при штамповке сегментированных листов магнитопровода. Явнополюсный ротор синхронной машины содержит ярмо 1 из шихтованных сегментированных листов с выступами 2 (сердечниками полюсов) на наружном диаметре. нажимные фланцы 3 с торцевыми кольцами 4 и с массивными радиальными ребрами 5, стянутые заклепками 6, наконечники 7 и катушки 8. В торцевых кольцах 4 нажимных фланцев 3 выполнены радиальные проходные отверстия для элементов крепления (шпилек) 9, ввинченных в полюсные наконечники 7, с гайками 10, удерживающих наконечники 7 и катушки 8, а также радиальные резьбовые отверстия, в которых устанавливаются крепежные элементы 11 для поджатия катушек к наконечникам. Ярмо 1 с нажимными фланцами 3, катушками 8, наконечниками 7 и элементами крепления 9 устанавливается на корпусе ротора 12. Изготовление и сборка ротора выполняются следующим образом. Листы магнитопровода 1 с выступами 2 изготавливаются методом вырубки (на фиг.4 показаны варианты рационального раскроя при штамповке листов магнитопровода). Диски нажимных фланцев вырезаются газовой резкой по копиру, к ним привариваются кольца 4, вальцованные или отрезанные от трубы (в зависимости от габаритов) и радиальные ребра 5, На токарном или токарно-карусельном станке обрабатывается внутренний диаметр и торцевые плоскости, прилегающие к шихтованным листам. По кондуктору сверлятся отверстия под заклепки и радиальные отверстия и цековки под шпильки. Нажимной фланец 3 напрессовывается на корпус ротора 12, в отверстия вставляются заклепки 6, на них набираются с перекрытием стыков в соседних слоях сегментные листы магнитопровода 1, второй нажимной фланец и пакет запрессовывается, торцы заклепок 6 привариваются к нажимным фланцам 3 (либо развальцовываются). Собранный магнитопровод механически обрабатывается по местам прилегания полюсных наконечников 7. Возможен вариант сборки магнитопровода на технологическом цилиндре (оправке) с разверткой отверстий под заклепки и проточкой внутреннего диаметра с последующей напрессовкой на корпус ротора. Полюсные катушки 8 собираются отдельно на каркасе, пропитываются, запекаются и как готовый узел надеваются на сердечники полюса. Устанавливаются полюсные наконечники 7 с ввернутыми в них шпильками 9, затягиваются гайки 10. Затем полюсные катушки поджимаются к полюсным наконечникам. При работе синхронной электрической машины центробежные силы, действующие на полюсные катушки и наконечники, воспринимаются элементами крепления (шпильками 9), которые, будучи расположенными вне шихтованного магнитопровода, не ослабляют поперечное сечение ярма.