BG112810A - Brusheless alternator with a claw-shaped rotor - Google Patents
Brusheless alternator with a claw-shaped rotor Download PDFInfo
- Publication number
- BG112810A BG112810A BG112810A BG11281018A BG112810A BG 112810 A BG112810 A BG 112810A BG 112810 A BG112810 A BG 112810A BG 11281018 A BG11281018 A BG 11281018A BG 112810 A BG112810 A BG 112810A
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- cylindrical
- rotor
- stator
- excitation
- drive shaft
- Prior art date
Links
Landscapes
- Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
Description
БЕЗЧЕТКОВ АЛТЕРНАТОР С РОТОР С НОКЪТОВИДНИ ПОЛЮСИBRUSHLESS ALTERNATOR WITH ROTOR WITH NAIL POLES
Област на техникатаField of technology
Изобретението се отнася до безчетков алтернатор с ротор с нокътовидни полюси, който ще намери приложение основно в транспортното машиностроене и е предназначен за зареждане на акумулатори и произвеждане на енергия с изправено напрежение за подвижни и неподвижни превозни средства и/или обекти.The invention relates to a brushless alternator with a rotor with claw-shaped poles, which will find application mainly in transport engineering and is intended for charging batteries and producing direct voltage energy for mobile and stationary vehicles and / or objects.
Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION
Известен е безчетков алтернатор с ротор с нокътовидни полюси, включващ задвижващ вал, върху който неподвижно са монтирани два идентични огледални роторни комплекта с нокътовидни полюси, обхващащи два цилиндрични възбудителни комплекта, съосни на задвижващия вал и разположени огледално един на друг.A brushless alternator with a nail-shaped rotor is known, comprising a drive shaft on which two identical mirror rotor sets with nail-shaped poles are fixedly mounted, comprising two cylindrical excitation sets coaxial with the drive shaft and arranged in a mirror.
Роторните комплекти са обхванати от цилиндричен статор, свързан неподвижно към обхващащо го цилиндрично стоманено тяло, затворено от преден и заден щит, в които щитове са оформени вентилационни отвори.The rotor kits are covered by a cylindrical stator fixedly connected to a cylindrical steel body enclosing it, closed by a front and rear shield, in which shields are formed ventilation openings.
Към задвижващия вал, който е лагеруван в двата щита, преди предния щит и извън корпуса на безчетковия алтернатор, е монтиран охлаждащ вентилатор.A cooling fan is mounted to the drive shaft, which is mounted in the two shields, before the front shield and outside the brushless alternator housing.
Цилиндричният статор е съставен от цилиндричен статорен пакет с оформени равномерно по вътрешната му повърхност множество аксиални канали, в които са разположени трифазни статорни намотки.The cylindrical stator consists of a cylindrical stator package with uniformly formed on its inner surface a number of axial channels in which three-phase stator windings are located.
Върху външната повърхност на статорния пакет е оформено второ множество от аксиални канали.A second set of axial channels is formed on the outer surface of the stator package.
Всеки възбудителен комплект включва цилиндричен магнитопровод, който в задния си край е снабден с магнитопроводима шайба с форма на пресечен конус, чиято височина е многократно по-малка от диаметъра на голямата му основа, която е перпендикулярна на оста на въртене. На външната повърхност на всеки цилиндричен магнитопровод е оформен участък с по-малък диаметър, върху който е разположена възбудителна бобина, чиито захранващи изводи са изведени през канал, преминаващ през магнитопровода на възбудителния комплект и статора. Възбудителните комплекти са свързани неподвижно съответно към предния и задния щит.Each excitation kit includes a cylindrical magnetic conductor, which at its rear end is provided with a magnetically conductive washer in the shape of a truncated cone, the height of which is many times smaller than the diameter of its large base, which is perpendicular to the axis of rotation. On the outer surface of each cylindrical magnetic conductor is formed a section with a smaller diameter, on which is located an excitation coil, whose power terminals are led through a channel passing through the magnetic conductor of the excitation kit and the stator. The excitation kits are fixedly connected to the front and rear shields, respectively.
Между магнитопровода на всеки възбудителен комплект и статорния пакет е оформено цилиндрично пространство, в което са поместени нокътовидни полюси на съответния роторен комплект с възможност за свободното въртене на роторните комплекти заедно със задвижващия вал.A cylindrical space is formed between the magnetic circuit of each excitation set and the stator package, in which the nail-shaped poles of the respective rotor set are placed with the possibility for the free rotation of the rotor sets together with the drive shaft.
Всеки роторен комплект е изграден от носещ и носени елементи, свързани помежду си чрез немагнитен пръстен. Носещият елемент се състои от носещ диск с централен отвор, около който е оформен стъпаловиден аксиален участък, осъществяващ неподвижно свързване на носещия елемент със задвижващия вал. По периферията на носещия диск са разположени равномерно нокътовидни полюси.Each rotor set is made up of bearing and bearing elements connected to each other by a non-magnetic ring. The support element consists of a support disk with a central hole, around which a stepped axial section is formed, making a fixed connection of the support element with the drive shaft. The nail-shaped poles are evenly spaced on the periphery of the support disk.
Носеният елемент съдържа пръстен, свързващ нокътовидните му полюси. Върховете на носените елементи на двата роторни комплекта са свързани помежду си чрез допълнителен немагнитен пръстен, който е свързан към нокътовидните полюси на носещите елементи. Отношението на максималната ширина към минималната ширина на нокътовидните полюси изпълнява условието 1,8<bmax ^bmjn<2.The worn element contains a ring connecting its nail poles. The tips of the bearing elements of the two rotor sets are connected to each other by an additional non-magnetic ring, which is connected to the nail poles of the bearing elements. The ratio of the maximum width to the minimum width of the nail poles fulfills the condition 1,8 <b m ax ^ b m j n <2.
В статора са положени повече от една трифазни намотки свързани в звезда. Всяка трифазна намотка е свързана към собствен токоизправителен блок. Токоизправителните блокове са интегрирани чрез два коаксиални оребрени пръстена от алуминий, в които са набити собствените диоди на намотките. Пръстените са разположени върху външната стена на задния щит, като задният щит изпълнява функции и на радиатор на диодните блокове. Изводите от намотките към диодите преминават през отворите на задния щит.More than one three-phase coil connected in a star is placed in the stator. Each three-phase winding is connected to its own rectifier unit. The rectifier blocks are integrated by two coaxial ribbed aluminum rings, in which the own diodes of the windings are charged. The rings are located on the outer wall of the rear shield, and the rear shield also serves as a radiator for the diode blocks. The terminals from the windings to the diodes pass through the holes in the rear shield.
Различието в местоположението по височината на каналите на страните на различните трифазни намотки поражда различно токоразпределение между трифазните намотки и свързаните с тях диоди. Изправеното напрежение създава електромагнитен шум, неотговарящ на нормите за електромагнитна съвместимост.The difference in the location along the height of the channels on the sides of the different three-phase windings gives rise to a different current distribution between the three-phase windings and the associated diodes. The rectified voltage creates electromagnetic noise that does not meet the standards for electromagnetic compatibility.
Техническа същност на изобретениетоTechnical essence of the invention
Задача на изобретението е да се създаде безчетков алтернатор с ротор с нокътовидни полюси с намален обем и запазен изходен ток, но с ограничен електромагнитен шум, отговарящ на нормите за електромагнитна съвместимост при запазена скорост на въртене на задвижващия вал.The object of the invention is to provide a brushless alternator with a rotor with claw-shaped poles with reduced volume and preserved output current, but with limited electromagnetic noise, meeting the standards for electromagnetic compatibility while maintaining the speed of rotation of the drive shaft.
Друга задача на изобретението е да се осигури удължен срок на експлоатация на алтернатора и на лагерите му.Another object of the invention is to provide an extended service life of the alternator and its bearings.
Предлаганият безчетков алтернатор с ротор с нокътовидни полюси включва задвижващ вал, върху който неподвижно са монтирани два огледални роторни комплекта с нокътовидни полюси, обхващащи два цилиндрични възбудителни комплекта, които са съосни на задвижващия вал и са разположени огледално един на ДРУГРоторните комплекти са обхванати от цилиндричен статор, свързан неподвижно към обхващащо го цилиндрично стоманено тяло, затворено от преден и заден щит, в които са оформени вентилационни отвори. Към задвижващия вал, който е лагеруван в двата щита, преди предния щит и извън корпуса на безчетковия алтернатор, е монтиран охлаждащ вентилатор.The offered brushless alternator with a nail-shaped rotor includes a drive shaft on which two mirror rotor sets with nail-shaped poles are fixedly mounted, comprising two cylindrical excitation sets, which are coaxial with the drive shaft and are located mirror-mounted on a mirror. , fixedly connected to a cylindrical steel body enclosing it, closed by a front and rear shield in which ventilation openings are formed. A cooling fan is mounted to the drive shaft, which is mounted in the two shields, before the front shield and outside the brushless alternator housing.
зwith
Цилиндричният статор е съставен от цилиндричен статорен пакет с оформени равномерно по вътрешната му повърхност множество аксиални канали, в които са положени трифазни статорни намотки.The cylindrical stator consists of a cylindrical stator package with uniformly formed on its inner surface a number of axial channels in which three-phase stator windings are laid.
Всеки един от цилиндричните възбудителни комплекти е съставен от цилиндричен магнитопровод, снабден в задния си край с магнитопроводима шайба с форма на пресечен конус. По външната повърхност на всеки цилиндричен магнитопровод е оформен канал, върху който е разположена възбудителна бобина. Захранващите изводи на възбудителната бобина са изведени през отвори, преминаващи през магнитопровода на възбудителния комплект и цилиндричния статор. Възбудителните комплекти са свързани неподвижно съответно към предния и задния щит, при което между магнитопровода на всеки възбудителен комплект и статорния пакет е оформено цилиндрично пространство, в което са поместени нокътовидните полюси на съответния роторен комплект с възможност за свободното въртене на роторните комплекти заедно със задвижващия вал.Each of the cylindrical excitation kits consists of a cylindrical magnetic conductor provided at its rear end with a magnetically conductive washer in the shape of a truncated cone. A channel is formed on the outer surface of each cylindrical magnetic conductor, on which an excitation coil is located. The supply terminals of the excitation coil are routed through holes passing through the magnetic circuit of the excitation kit and the cylindrical stator. The excitation kits are fixedly connected to the front and rear shields, respectively, whereby a cylindrical space is formed between the magnetic circuit of each excitation set and the stator package, in which the nail poles of the respective rotor set are placed with the possibility of free rotation of the rotor sets together with the drive shaft. .
Роторните комплекти включват носещи и носени елементи, като всеки носещ елемент е съставен от носещ диск с централен отвор, около който е оформен стъпаловиден аксиален участък, неподвижно свързващ носещия елемент със задвижващия вал.The rotor kits include support and support elements, each support element being composed of a support disk with a central opening around which a stepped axial section is formed, fixedly connecting the support element to the drive shaft.
По периферията на носещия диск са разположени нокътовидни полюси, свързани неподвижно с нокътовидните полюси на носените елементи чрез немагнитни пръстени с кръгло сечение.On the periphery of the support disk are located nail-shaped poles, fixedly connected to the nail-shaped poles of the supported elements by non-magnetic rings of circular cross-section.
Съгласно изобретението всеки роторен комплект е изграден от един общ носещ елемент и два огледално разположени носени елемента.According to the invention, each rotor set consists of a common support element and two mirror-arranged support elements.
Отношението на максималната bmax към минималната широчина bmin на нокътовидните полюси е в границите 1,6<bmax/bmjn<1,8, а отношението на максималната hmax към минималната им височина hmin е в границите 4,8<hmax/hmjn<5,2. Външният профил на носения елемент е скосен до височина h1= hmin.The ratio of the maximum b max to the minimum width b min of the nail poles is in the range 1.6 <bmax / b m j n <1.8, and the ratio of the maximum h max to their minimum height h min is in the range 4.8 < h max / h m j n <5.2. The outer profile of the worn element is beveled to a height h1 = h mi n.
Статорната трифазна намотка е съставена от една трифазна намотка при брой на каналите на полюс и фаза q=2 или от две трифазни намотки изместени на 30 електрически градуса, като намотките са с правоъгълно сечение с отношение на височината b към широчината а на проводника Ь/а=2. Всяка намотка е включена със собствени изводи, диоди и филтри към токоизправителен блок, като положителните диоди са набити във вътрешен, а отрицателните диоди - във външен радиатор. Двата радиатора са притиснати към задния щит през изолация.The stator three-phase winding consists of one three-phase winding with number of channels per pole and phase q = 2 or of two three-phase windings shifted by 30 electric degrees, the windings having a rectangular cross section with respect to the height b to the width a of the conductor b / a = 2. Each coil is connected with its own terminals, diodes and filters to the rectifier unit, as the positive diodes are charged in the inner and the negative diodes - in the outer radiator. Both radiators are pressed against the rear shield through insulation.
При тази конструкция е създаден охладителен проход за охлаждащия въздух, включващ отвора на задния капак, проход покрай алуминиевите диодни радиатори, вентилационните отвори на челната част на задния щит, пояса от вентилационни отвори на цилиндричния статор и вентилационните отвори на предния щит.In this design, a cooling passage is created for the cooling air, including the opening of the rear cover, a passage along the aluminum diode radiators, the ventilation openings on the front of the rear shield, the belt of ventilation openings on the cylindrical stator and the ventilation openings on the front shield.
Върху външната повърхност на статорния пакет, между множество от издатъци е оформено второ множество от вентилационни аксиални канали. Отношението на площта на вентилационните канали Z1 към площта на издатъците Z2 е Z1/Z2=3.On the outer surface of the stator package, between a plurality of protrusions, a second plurality of ventilation axial channels is formed. The ratio of the area of the ventilation ducts Z1 to the area of the protrusions Z2 is Z1 / Z2 = 3.
Външният диаметър на канала, в който е разположена възбудителната бобина е по-голям с над 60% от вътрешния диаметър на цилиндричния магнитопровод на всеки възбудителен комплект.The outer diameter of the channel in which the excitation coil is located is larger by more than 60% of the inner diameter of the cylindrical magnetic circuit of each excitation set.
Съгласно едно вариантно изпълнение статорният пакет е изпълнен чрез набиране със застъпване от щанцовани изолирани сегменти от електротехническа стомана.According to one variant embodiment, the stator package is made by overlapping of punched insulated segments of electrical steel.
Повишаване на коефициента на полезно действие на предлагания алтернатор е постигнато чрез намаляване на загубите в статорния пакет, като е намалена аксиалната компонента на магнитния поток чрез намаляване на отношението на максималната ширина bmax към минималната ширина bmin на нокътовидните полюси, както и с избраното отношение по височина. Това условие води и до намаляване масата на нокътовидните полюси на носещия и носения елемент и намаляване на масата и инерционния момент на ротора. Намаляване на теглото и на инерционния момент на ротора е постигнато и чрез скосяване на външния профил на носения диск.Increasing the efficiency of the proposed alternator is achieved by reducing the losses in the stator package, reducing the axial component of the magnetic flux by reducing the ratio of the maximum width b max to the minimum width b min of the nail poles, as well as the selected ratio by height. This condition also leads to a reduction in the mass of the nail poles of the supporting and worn element and a reduction in the mass and the moment of inertia of the rotor. Reduction of the weight and the moment of inertia of the rotor is achieved by beveling the outer profile of the worn disk.
За повишаване на изходящия ток и подобряване равномерността на разпределението му между диодите, статорната трифазна намотка е съставена от една трифазна намотка при брой на каналите на полюс и фаза q=2 или от две (е и f) трифазни статорни намотки разместени на 30 електрически градуса. Всяка трифазна намотка е свързана със собствени изводи и собствени диоди към токоизправителния блок. Намотката е изпълнена с проводник с правоъгълно сечение с оптимално отношение на височината b към широчината а на проводника Ь/а=2 за постигане на максимално запълване на каналите Z и намаляване обема на алтернатора при запазена мощност.To increase the output current and improve the uniformity of its distribution between the diodes, the stator three-phase winding consists of one three-phase winding with the number of channels per pole and phase q = 2 or two (f and f) three-phase stator windings spaced at 30 degrees . Each three-phase winding is connected to its own terminals and its own diodes to the rectifier unit. The winding is made of a wire with a rectangular cross-section with an optimal ratio of the height b to the width a of the wire b / a = 2 to achieve maximum filling of the channels Z and reduce the volume of the alternator while maintaining power.
За намаляване на електромагнитния шум токоизправителния блок е изпълнен с вградени филтри за всяка намотка. Всеки филтър се състои от кондензатори свързани с изводите на трифазната намотка и съответният им положителен и отрицателен полюс и кондензатор свързан между положителен и отрицателен полюс на токоизправителния блок. Филтърът е вграден в изводно табло.To reduce electromagnetic noise, the rectifier unit is equipped with built-in filters for each winding. Each filter consists of capacitors connected to the terminals of the three-phase winding and their respective positive and negative poles and a capacitor connected between the positive and negative poles of the rectifier unit. The filter is built into the output panel.
Предният лагер вместо с лагерна капачка е притиснат челно от предния възбудителен комплект. Така е намален обема и теглото на алтернатора, а за намаляване на електромагнитния поток преминаващ през лагера и увеличаване на неговата надеждност за лагерна шийка, е поставена неподвижно немагнитна втулка във водещия вал.The front bearing instead of with a bearing cap is pressed butt by the front excitation kit. This reduces the volume and weight of the alternator, and to reduce the electromagnetic flux passing through the bearing and increase its reliability for the bearing neck, a fixed non-magnetic sleeve is placed in the drive shaft.
Предимство на безчетковия алтернатор с нокътовидни полюси съгласно изобретението е запазеният изходен ток с ограничен електромагнитен шум, отговарящ на директивите за електромагнитна съвместимост, при повишен коефициент на полезно действие и запазена скорост на въртене на задвижващия вал и намален външен диаметър, обем и инерционен момент на ротора, които се дължат на комплекс от взаимно свързани решения, включващи изработване на ротора с един носещ елемент, намалено отношение на максималната ширина bmax към минималната ширина bmin на нокътовидните полюси като това отношение изпълнява условието 1,6<bmax/bmin<1,8, а отношението на максималната hmax към минималната Ьт!п им височина е 4,8<hmax/hmin<5,2. Външният профил на носения елемент е скосен до височина h1= hmin.An advantage of the brushless alternator with claw-shaped poles according to the invention is the preserved output current with limited electromagnetic noise, meeting the directives for electromagnetic compatibility, with increased efficiency and preserved speed of the drive shaft and reduced outer diameter and volume and volume, volume and volume , which are due to a set of interconnected solutions, including the manufacture of the rotor with one supporting element, reduced ratio of the maximum width b max to the minimum width b min of the nail poles as this ratio fulfills the condition 1,6 <b max / b mi n <1.8, and the ratio of the maximum h max to the minimum b m! N their height is 4.8 <h max / h mi n <5.2. The outer profile of the worn element is beveled to a height h1 = h min .
Подобреното охлаждане на статора е резултат от оптималното отношението на площта на вентилационните канали Z1 към площта на издатъците Z2 което изпълнява условието Z1/Z2=3 за максималното му обдухване.The improved cooling of the stator is a result of the optimal ratio of the area of the ventilation ducts Z1 to the area of the protrusions Z2 which fulfills the condition Z1 / Z2 = 3 for its maximum blowing.
Намотката е изпълнена от проводник с правоъгълно сечение с оптимално отношение на височината b към широчината а на проводника Ь/а=2 за постигане на максимално запълване на каналите Z и намаляване обема на алтернатора при запазена мощност. Две изравнени токово трифазни намотки е и f разместени една спрямо друга на 30 електрически градуса, при което всяка трифазна статорна намотка е свързана със собствени изводи със собствени диоди в интегрирани положителни и отрицателни радиатори, охлаждани едновременно чрез топлопредаване към задния щит и чрез подобрена конвекция през вентилационните канали в предния и задния щит.The winding is made of a conductor with a rectangular cross-section with an optimal ratio of the height b to the width a of the conductor b / a = 2 to achieve maximum filling of the channels Z and reduce the volume of the alternator while maintaining power. Two current-balanced three-phase windings e and f are displaced relative to each other by 30 electrical degrees, where each three-phase stator winding is connected to its own terminals with its own diodes in integrated positive and negative radiators, cooled simultaneously by heat transfer to the rear shield and by improved convection through ventilation ducts in the front and rear shield.
Друго предимство е намалената амплитуда на пулсациите на изходящото изправено напрежение, дължащо се на фазовото разместване между трифазните намотки е и f.Another advantage is the reduced amplitude of the ripple of the output DC voltage due to the phase shift between the three-phase windings e and f.
Допълнително предимство на алтернатора съгласно изобретението е удължения срок на годност на алтернатора благодарение на подобреното му охлаждане и удължения срок на годност на лагерите вследствие намалената маса и инерционен момент на ротора и на взаимното неутрализиране на действието на аксиалните магнитни сили, пораждани между челните повърхности на носещите елементи и на магнитопроводите на възбудителите. Ограниченият електромагнитен шум, отговарящ на нормите за електромагнитна съвместимост, е постигнат с вграждането на кондензаторни филтри към всяка намотка и изолиране на токоизправителния блок от корпуса на алтернатора.An additional advantage of the alternator according to the invention is the extended shelf life of the alternator due to its improved cooling and extended bearing life due to the reduced mass and moment of inertia of the rotor and the mutual neutralization of the axial magnetic forces generated between the front surfaces of the carriers elements and the magnetic conductors of the exciters. The limited electromagnetic noise, meeting the standards for electromagnetic compatibility, is achieved by installing capacitor filters to each winding and isolating the rectifier unit from the alternator housing.
Пояснение на приложените фигуриExplanation of the attached figures
Примерно изпълнение на изобретението е показано на приложените фигури, където:An exemplary embodiment of the invention is shown in the accompanying figures, where:
Фиг. 1 представлява надлъжен разрез на алтернатора съгласно изобретението;FIG. 1 is a longitudinal section of the alternator according to the invention;
Фиг. 2 - надлъжен разрез на възбудителен и роторен комплект;FIG. 2 - longitudinal section of the excitation and rotor set;
Фиг. 3 - напречен разрез на статор с две (е и f) трифазни намотки, които са фазово разместени;FIG. 3 - cross section of a stator with two (e and f) three-phase windings, which are phase shifted;
Фиг. 4 - схема на свързване тип звезда;FIG. 4 - star connection scheme;
Фиг. 5 - челен поглед върху токоизправителния блок с вградени кондензаторни филтри към всяка намотка.FIG. 5 - front view of the rectifier unit with built-in capacitor filters to each winding.
Примерно изпълнение на изобретениетоAn exemplary embodiment of the invention
Предлаганият безчетков алтернатор включва задвижващ вал 1, върху който неподвижно е монтиран цилиндричен ротор съставен от два огледални роторни комплекта 2 с нокътовидни полюси обхващащи два огледално разположени цилиндрични възбудителни комплекта 3, съосни на задвижващия вал 1 - фиг.1.The proposed brushless alternator includes a drive shaft 1, on which a cylindrical rotor composed of two mirror rotor sets 2 with nail-shaped poles comprising two mirror-arranged cylindrical excitation sets 3 coaxial with the drive shaft 1 is figured.
Роторните комплекти 2 са обхванати от цилиндричен статор 4 свързан неподвижно към обхващащо го стоманено тяло 5 затворено между преден 6 и заден щит 7, в които е лагеруван задвижващия вал 1. Към задвижващия вал 1, пред предния щит 6, е монтиран охлаждащ вентилатор 8.The rotor kits 2 are covered by a cylindrical stator 4 fixedly connected to a enclosing steel body 5 closed between the front 6 and the rear shield 7, in which the drive shaft 1 is mounted. A cooling fan 8 is mounted to the drive shaft 1 in front of the front shield 6.
Статорът 4 се състои от цилиндричен статорен пакет 9 с равномерно оформени по вътрешната му повърхност множество аксиални канали 10, като във всеки канал (фиг.З) са разположени активни страни на трифазни статорни намотки 11, свързани в звезда - фиг.4.The stator 4 consists of a cylindrical stator package 9 with uniformly formed on its inner surface multiple axial channels 10, and in each channel (Fig. 3) are located active sides of three-phase stator windings 11, connected in a star - Fig. 4.
Възбудителният комплект 3 (фиг.1, фиг.2) включва цилиндричен магнитопровод 12, който в задния си край е оформен с магнитопроводима шайба 13 с форма на пресечен конус, чиято височина е многократно по-малка от диаметъра на голямата му основа. Основата на магнитопроводимата шайба 13 е перпендикулярна на оста на задвижващия вал 1.The excitation kit 3 (Fig. 1, Fig. 2) includes a cylindrical magnetic conductor 12, which at its rear end is formed by a magnetically conductive washer 13 in the shape of a truncated cone, the height of which is many times smaller than the diameter of its large base. The base of the magnetically conductive washer 13 is perpendicular to the axis of the drive shaft 1.
На външната повърхност на цилиндричния магнитопровод 12 е оформен канал 14, върху който е разположена възбудителната бобина 15, чиито захранващи изводи 16 са изведени през отвори 17, преминаващи през магнитопровода 12 и през каналите 27 над външната повърхност на статорния пакет 9.A channel 14 is formed on the outer surface of the cylindrical magnetic circuit 12, on which the excitation coil 15 is located, whose supply terminals 16 are led through openings 17 passing through the magnetic circuit 12 and through the channels 27 above the outer surface of the stator package 9.
Възбудителният комплект 3 е свързан неподвижно към предния щит 6 така, че между магнитопровода му 12 и статорния пакет 9 е оформено цилиндрично пространство, в което са поместени нокътовидни полюси 18 и 19 на роторния комплект 2 с възможност за свободното им завъртане заедно със задвижващия вал 1.The excitation kit 3 is fixedly connected to the front shield 6 so that between its magnetic conductor 12 and the stator package 9 is formed a cylindrical space in which are placed nail poles 18 and 19 of the rotor kit 2 with the possibility of free rotation together with the drive shaft 1. .
Роторните комплекти 2 (фиг.1, фиг.2) съдържат общ носещ елемент 20 с огледални нокътовидни полюси 18 и два огледално разположени носени елемента 21 с нокътовидни полюси 19, свързани неподвижно помежду си чрез немагнитен пръстен 22.The rotor kits 2 (Fig. 1, Fig. 2) comprise a common support element 20 with mirror nail poles 18 and two mirror-arranged support elements 21 with nail poles 19 connected to each other by a non-magnetic ring 22.
Носещият елемент 20 се състои от носещ диск 23 с централен отвор, около който е оформен стъпаловиден участък 24, осъществяващ неподвижно свързване към задвижващия вал 1. По периферията на носещия диск 23 равномерно са разположени огледално нокътовидните полюси 18. Носещият елемент 23 на двата роторни комплекта 2 е един и е свързан неподвижно към задвижващия вал 1.The support element 20 consists of a support disk 23 with a central opening around which a stepped section 24 is formed, making a fixed connection to the drive shaft 1. On the periphery of the support disk 23 the mirror nail poles 18 are evenly arranged. The support element 23 of the two rotor sets 2 is one and is fixedly connected to the drive shaft 1.
Отношението на максималната ширина bmax към минималната ширина bmin на нокътовидните полюси 18 и 19 изпълнява условието 1,6<bmax//bmin <1,8, а отношението на максималната hmax към минималната hmin им височина е 4,8<hmax/hmin<5,2, като външният профил на носения елемент 21 е скосен до височина h1= hmin.The ratio of the maximum width b max to the minimum width b min of the nail poles 18 and 19 fulfills the condition 1,6 <b max // b m in <1,8, and the ratio of the maximum h max to the minimum h min their height is 4, 8 <h max / h mi n <5.2, the outer profile of the supported element 21 being beveled to a height h1 = h min .
Върху външната повърхност на статорния пакет 9 /фиг.З/, между издатъци 28 е оформено второ множество от вентилационни аксиални канали 27. Отношението на площта на вентилационните канали 27 - Z1 към площта на издатъците 28 - Z2 е Z1/Z2=3.On the outer surface of the stator package 9 (Fig. 3), a second set of ventilation axial channels 27 is formed between protrusions 28. The ratio of the area of the ventilation channels 27 - Z1 to the area of the protrusions 28 - Z2 is Z1 / Z2 = 3.
Неподвижната връзка между стоманеното тяло 5 и статора 4 е осъществена чрез издатъците 28, върху които е набито стоманеното тяло 5, което от двете си страни е снабдено със съответен вътрешен центроващ анзац за предния 6 и задния 7 щитове. Магнитопроводът 12 на единия възбудителен комплект 3 затваря задния лагер 29, разположен в задния щит 7. Лагерът 30 на предния щит 6 е притиснат към него /фиг. 1/ от магнитопровода 12 на другия възбудителен комплект 3.The fixed connection between the steel body 5 and the stator 4 is made by the protrusions 28 on which the steel body 5 is pressed, which on both sides is provided with a corresponding internal centering bracket for the front 6 and rear 7 shields. The magnetic conductor 12 of one excitation set 3 closes the rear bearing 29 located in the rear shield 7. The bearing 30 of the front shield 6 is pressed against it / fig. 1 / from the magnetic circuit 12 of the other excitation set 3.
Статорната намотка 11 е съставена от две трифазни намотки при брой на каналите на полюс и фаза q=1 (е и f) като са разместени на 30 електрически градуса. Намотките са изпълнени от проводник с правоъгълно сечение с оптимално отношение на височината b към широчината а на проводника Ь/а=2. Всяка трифазна намотка е свързана със собствени изводи 31 и собствени диоди 32, 33 и собствени филтри 34 към токоизправителния блок 26 - фиг.4.The stator winding 11 consists of two three-phase windings with a number of channels per pole and phase q = 1 (e and f) and are shifted by 30 electrical degrees. The windings are made of a wire with a rectangular cross section with an optimal ratio of the height b to the width a of the wire b / a = 2. Each three-phase winding is connected to its own terminals 31 and its own diodes 32, 33 and its own filters 34 to the rectifier unit 26 - Fig.4.
Върху външната страна на задния щит 7 (фиг.1, фиг.5) е разположен токоизправителния блок 26. Положителните диоди 32 на токоизправителния блок 26 са набити във вътрешен радиатор 35, а отрицателните диоди - във външния радиатор 36. Двата радиатора са притиснати към задната страна на задния щит 7 през изолация 37.On the outer side of the rear shield 7 (Fig. 1, Fig. 5) is the rectifier unit 26. The positive diodes 32 of the rectifier unit 26 are charged in the inner radiator 35, and the negative diodes - in the outer radiator 36. The two radiators are pressed to the back of the rear shield 7 through insulation 37.
Върху челната повърхност на задния щит 7 е оформен пояс 38 от вентилационни отвори. През пояса 38 от вентилационни отвори преминават захранващите изводи 16 на възбудителните бобини 15, както и собствените изводи 31 на трифазните намотки 11.A belt 38 of ventilation openings is formed on the front surface of the rear shield 7. The supply terminals 16 of the excitation coils 15 as well as the own terminals 31 of the three-phase windings 11 pass through the belt 38 from the ventilation openings.
В предната повърхност на предният щит 6 са оформени бъбрековидни вентилационни отвори 39, предназначени за изход на охлаждащия въздух.In the front surface of the front shield 6 are formed kidney-shaped ventilation openings 39, intended for the exit of the cooling air.
Задният щит 7 е притиснат от заден капак 40 с централен отвор 41.The rear shield 7 is pressed by a rear cover 40 with a central opening 41.
Действие на алтернатораAlternator operation
След завъртване на задвижващия вал 1 и подаване на ток през възбудителните бобини 15 на възбудителните комплекти 3 се създават паралелни магнитни потоци 42, всеки от които взаимодейства с половината от статор 4, който е над съответния възбудителен комплект 3, създаващ съответния магнитен поток 42. При преминаване от нокътовидните полюси 18 в статора 4 и обратно в нокътовидните полюси 19 тези магнитни потоци 42 действат като общ двуполупериоден поток. По този начин пътят на магнитните потоци 42 през нокътовидните полюси 18 и 19 е скъсен и е увеличена стойността на магнитната индукция на магнитното поле във въздушната междина между нокътовидните полюси 18 и 19 на роторните комплекти 2 и вътрешната повърхност на статора 4. Вследствие на това се увеличава стойността на индуктираното в статорните намотки 11 електродвижещо напрежение. Чрез диодният блок 26 статорните намотки 11 са свързани паралелно и напрежението е изправено. Изходящият ток практически е равномерно разпределен между трифазните намотки 11 на статора 4. Вследствие фазовото разместване с 30 електрически градуса между трифазните намотки е и f, максималните стойности на размагнитващите компоненти на създаваните от тях магнитни полета не действат едновременно, вследствие на което изходящият ток е увеличен допълнително.After rotating the drive shaft 1 and applying current through the excitation coils 15 of the excitation kits 3, parallel magnetic fluxes 42 are created, each of which interacts with half of the stator 4, which is above the corresponding excitation kit 3, creating the corresponding magnetic flux 42. passing from the nail poles 18 to the stator 4 and back to the nail poles 19, these magnetic fluxes 42 act as a common two-and-a-half-period flux. In this way the path of the magnetic fluxes 42 through the nail poles 18 and 19 is shortened and the value of the magnetic induction of the magnetic field in the air gap between the nail poles 18 and 19 of the rotor sets 2 and the inner surface of the stator 4 is increased. increases the value of the electromotive voltage induced in the stator windings 11. Through the diode block 26 the stator windings 11 are connected in parallel and the voltage is rectified. The output current is practically evenly distributed between the three-phase windings 11 of the stator 4. Due to the phase shift of 30 electric degrees between the three-phase windings e and f, the maximum values of the demagnetizing components of the magnetic fields created by them do not act simultaneously. additionally.
Количеството охлаждащ въздушен поток 43 е повишено, защото въздуха влизащ през отвора на задния капак 41, преминава покрай алуминиевите диодни радиатори 35 и 36 и през вентилационните отвори 38 на челната част на задния щит 7, през вентилационните канали на статора 27 и пояса от вентилационни отвори 39 на предния щит 6 и центробежно се изхвърля извън алтернатора от вентилатора 8.The amount of cooling air flow 43 is increased because the air entering through the opening of the rear cover 41 passes through the aluminum diode radiators 35 and 36 and through the vents 38 on the front of the rear shield 7, through the ventilation ducts of the stator 27 and the belt of vents 39 of the front shield 6 and is centrifugally ejected from the alternator by the fan 8.
Допълнително са намалени електрическите загуби в статорните намотки, което се дължи на оптималното отношение на сечението на статорните намотки изпълнени с правоъгълни проводници и на равномерното разпределение на изходящия ток между тях. Това води и до намаляване на загубите в стоманата на статорният пакет поради намаляване височината на каналите Z и от там височината на зъбите.The electrical losses in the stator windings are additionally reduced, which is due to the optimal ratio of the cross section of the stator windings made of rectangular conductors and to the even distribution of the output current between them. This also leads to a reduction in the losses in the steel of the stator package due to a reduction in the height of the Z channels and hence the height of the teeth.
Допълнително са намалени и загубите в стоманата на статорния пакет 9, което се дължи на намаленото съотношение на максималната ширина bmax към минималната ширина bmin на нокътовидните полюси. Това намаление става възможно при наличието на два паралелни магнитни потока 42, създавани от възбудителните комплекти 3 и преминаващи през двата роторни комплекта 2.The losses in the steel of the stator package 9 are additionally reduced, which is due to the reduced ratio of the maximum width b max to the minimum width b min of the nail poles. This reduction is possible in the presence of two parallel magnetic fluxes 42 created by the excitation kits 3 and passing through the two rotor kits 2.
Намалени са и загубите в желязото на статорния пакет 9, изпълнен чрез набиране със застъпване от щанцовани изолирани сегменти от електротехническа стомана.The iron losses of the stator package 9, made by overlapping with punched insulated segments of electrical steel, are also reduced.
Работата на лагерите 29 и 30 е облекчена от взаимното неутрализиране на аксиално действащите магнитни сили, пораждани между магнитопроводимите шайби 12 на възбудителните комплекти 3 и носещия елемент 20 на роторните комплекти 2 и намалението на масата и инерционния момент на ротора.The operation of the bearings 29 and 30 is facilitated by the mutual neutralization of the axially acting magnetic forces generated between the magnetically conductive washers 12 of the excitation kits 3 and the support element 20 of the rotor kits 2 and the reduction of the mass and moment of inertia of the rotor.
Конструкцията на алтернатора съгласно изобретението е облекчена, тъй като цилиндричните магнитопроводи 12 на двата възбудителни комплекта 3 изпълняват и ролята на лагерни капачки на лагерите 29 и 30.The construction of the alternator according to the invention is simplified, since the cylindrical magnetic conductors 12 of the two excitation sets 3 also perform the role of bearing caps of the bearings 29 and 30.
Експериментални резултати, получени при изследване на експериментален образец.Experimental results obtained by examining an experimental sample.
Създаденият експериментален образец на алтернатора с нокътовидни полюси, съгласно изобретението, е показал следните експериментални данни: изходящ ток над 400А при 6000 min' , 28V и скоростен диапазон на токоотдаване от 1300 min' до 6000 min' .The developed experimental sample of the claw-shaped alternator according to the invention showed the following experimental data: output current above 400A at 6000 min ', 28V and speed range from 1300 min' to 6000 min '.
В сравнение с известния алтернатор с нокътовидни полюси при еднакви условия за изходящия ток на алтернатора съгласно изобретението с 20% е намален външен диаметър, с 60% е намалено тегло и повече от 100% намален инерционен момент на ротора като същевременно коефициентът на полезно действие на алтернатора е запазен.Compared to the known claw-shaped alternator under the same conditions for the output current of the alternator according to the invention, the outer diameter is reduced by 20%, the weight is reduced by 60% and the rotor moment of inertia is reduced by more than 100% while the efficiency of the alternator is reduced. is saved.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG112810A BG67228B1 (en) | 2018-10-05 | 2018-10-05 | Brusheless alternator with a claw-poles rotor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG112810A BG67228B1 (en) | 2018-10-05 | 2018-10-05 | Brusheless alternator with a claw-poles rotor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BG112810A true BG112810A (en) | 2020-04-30 |
| BG67228B1 BG67228B1 (en) | 2021-01-15 |
Family
ID=74855858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BG112810A BG67228B1 (en) | 2018-10-05 | 2018-10-05 | Brusheless alternator with a claw-poles rotor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| BG (1) | BG67228B1 (en) |
-
2018
- 2018-10-05 BG BG112810A patent/BG67228B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BG67228B1 (en) | 2021-01-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7781934B2 (en) | Alternating-current dynamo-electric machine | |
| KR100473101B1 (en) | Automotive alternator | |
| US8760016B2 (en) | Electric machine with enhanced cooling | |
| EP2546962A1 (en) | Vehicle ac generator | |
| US9601949B2 (en) | Electric machine | |
| JP2011036010A (en) | Rotating electrical machine | |
| US10069355B2 (en) | Rotor for rotary electrical machine | |
| US8334633B2 (en) | Dynamoelectric machine | |
| US10075032B2 (en) | Brushless alternator with claw poles | |
| US8324782B2 (en) | Rotary electric machine | |
| BG109856A (en) | Brushless alternator with a rotor having beak-shaped poles | |
| JP2004520797A (en) | Rotating electrical equipment | |
| US20150364957A1 (en) | Electric machine | |
| US10218240B2 (en) | Fitting of stator body in bearing of rotary electrical machine, and rotary electrical machine comprising the fitting | |
| BG111940A (en) | CLEAR AIR-COOLING MACHINE WITH AIR COOLING | |
| JP2002238225A (en) | Ac generator | |
| BG112810A (en) | Brusheless alternator with a claw-shaped rotor | |
| JP2007336723A (en) | Rotor for electric rotary machine | |
| BG3094U1 (en) | Brusheless alternator with a claw-shaped rotor | |
| CN107148722B (en) | Stator for alternator or electric machine | |
| KR20220117051A (en) | Stator heat radiating structure of vehicle alternator | |
| BG66662B1 (en) | Brusheless alternator with rotor with claw poles | |
| CN114747120A (en) | Bracket for rotating electric machine | |
| BG67198B1 (en) | Stator with ventilation ducts for an electric machine | |
| US20150333599A1 (en) | Electric machine |