CS203111B2

CS203111B2 - Brushless alternator

Info

Publication number: CS203111B2
Application number: CS711075A
Authority: CS
Inventors: Ivan Mrcun
Original assignee: Ivan Mrcun
Priority date: 1974-10-22
Filing date: 1975-10-22
Publication date: 1981-02-27
Also published as: FR2289059B1; GB1521075A; YU281974A; SU668045A1; YU36084B; DE2541979A1; IT1047212B; JPS5165301A; FR2289059A1

Abstract

1521075 Dynamo-electric machines I MRCUN 2 Oct 1975 [22 Oct 1974] 40360/75 Heading H2A The rotor of a brushless alternator comprises two axially spaced sets of pole pieces 2a, 2b, interconnected by a hub 7a, 7b, the pole pieces and hub together defining an annular space in which are disposed stator teeth 17 carrying windings 4 and interconnected by a stator yoke. The rotor pole pieces have substantially axially extending pole faces 19a, 19b and the pole pieces of the two arrays are mutually angularly staggered. The stator yoke comprises two axially spaced rings 6a, 6b and supports an excitation winding 5 which surrounds the rotor hub 7a, 7b.

Description

Předmětem vynálezu je bezkartáčový alternátor, který má vysoký měrný výkon a malé wiějáí rozměry.The object of the invention is a brushless alternator having a high specific power and small wider dimensions.

Gennrátor se zubovými póly, který je v současné době nejpoužívanějším zdrojem elektrické energie, má tu nevýhodu, že rotor je opatřen vinutím, sběracími kroužky a kartáčky. Sběrací kroužky a kartáčky jsou v těžkých pracovních podmíincáchjjako je prašné a agresivní prostředí, velmi citlivé a mimo to jsou zdrojem poruch rozhlasu. Jiskření kartáčků je v explozivní atmosféře velice nebezpečné. Naapoti tomu provedení bez kartáčků nemá nevýhody a umooňuje spolehlivou regulaci napětí pomooí polovodičových prvků.The toothed pole generator, which is currently the most widely used power source, has the disadvantage that the rotor is provided with windings, slip rings and brushes. Slip rings and brushes are in harsh working conditions such as a dusty and aggressive environment, very sensitive and, besides, they are a source of radio disturbances. Brushing is very dangerous in an explosive atmosphere. On the other hand, the brushless design has no drawbacks and allows reliable voltage control through the semiconductor elements.

V posledním deeeetletí byla zveřejněna řada řešení pro provedení bez kartáčků; všechna však mmia tu společnou nevýhodu, že alternátory měly nízký měrný výkon a velké rozměry ve srovnání s generátory s kartáčky a zubovými póly.A number of brushless solutions have been published in the last Delaylet; however, they all have the common disadvantage that alternators have low specific power and large dimensions compared to brush and toothed pole generators.

Účelem vyiálezu je vytvoořt alternátor bez kartáčků, který by měl vyšší měrný výkon a menší rozměry než provedení s_kartáčky. Předmětem vynálezu je bezkartáČkový alternátor, kde jho a zuby statoru jsou z oddělených, vzájemně kolmo umístěných lamel a vnitřní obvodová plocha jha slouží k upevnění budicího vinutí. Poddtata vynálezu spočívá v tom, že zuby mmjí uprostřed nástavce směřující radiálně ven a nástavce směřující radiálně dooniiř, přičemž všechny nástavce emёřující radiálně ven tvoří nosič statoru a nástavce směěřJící radiálně dovvntř jsou uloženy mezi dvěma prstenci tvořícími jho, jejichž wintřní obvodové plochy leží v'rovině s vnitřními koncovými plochami nástavců a na hraničních čárách těchto wiitřních obvodových ploch a vnitřních koncových ploch jsou prstence jha a nástavce zubů vzájemně pevně spojeny.The object of the invention is to provide an alternator without brushes having a higher specific power and smaller dimensions than the s-brush design. The object of the invention is a brushless alternator, wherein the yoke and the stator teeth are of separate, mutually perpendicularly positioned slats and the inner peripheral surface of the yoke serves to secure the excitation winding. SUMMARY OF THE INVENTION The teeth are centered in the center of the radially outwardly extending and radially outwardly extending end, all radially outward extending end members forming a stator support and radially inward extending end members extending between two yoke-forming rings whose inner circumferential surfaces lie flat. with the inner end faces of the extensions and at the boundary lines of these inner circumferential surfaces and the inner end faces, the yoke rings and the teeth extensions are firmly connected to each other.

Provedení podle vynálezu má tu výhodu, že váha statoru je poměrně malá a také délka statorového vinutí je menší než u známých provedení; tím se jednak zmenší spotřeba mědi a jednak sníží vntřní odpor statorového vinutí. Upeevnění zubů v prstencích jha např. svařením msto obvyklého zalisování je jednodušší a zabraňuje vzniku vířivých proudů.The embodiment according to the invention has the advantage that the weight of the stator is relatively small and also the length of the stator winding is smaller than in the known embodiments; this reduces both the copper consumption and the internal resistance of the stator winding. The attachment of the teeth in the yoke rings, for example by welding instead of the usual pressing, is simpler and prevents eddy currents.

V^niez bude popsán v souviisosti s příklady provedení znázorněrými na výkresech, kde značí obr. 1 podélný řez alternátorem, obr. 2 pohled v osovém směru na výřez statoru bez statorového a budicího vinutí, obr. 3 v axonometrickém pohledu zub statoru podle prvního provedení vynálezu, přičemž vedle zubu statoru je pól rotoru, obr. 4 pohled na zuby statoru a póly rotoru v radiálním směru, přičemž je patrno, jak póly rotoru překrývají zuby statoru a jak velká je mezera mezi prstene i jha, obr. 5 axonoímeriký pohled na zub statoru podle druhého provedení, obr. 6 příčný řez druhým provedením statoru, obr. 7 výřez statoru z obr. 6 v axiálním pohledu a obr. 8 provedení jednorázového statoru podle druhé alternativy vynálezu.1 is a longitudinal section through the alternator; FIG. 2 is an axial view of a stator cut-out without stator and excitation windings; FIG. 3 is an axonometric view of a stator tooth according to the first embodiment; 4 shows a view of the stator teeth and the rotor poles in a radial direction, showing how the rotor poles overlap the stator teeth and how large the gap between the rings and the yoke is; FIG. 5 is a perspective view of the rotor; Fig. 6 is a cross-sectional view of the stator of Fig. 6 in an axial view; and Fig. 8 shows an embodiment of a disposable stator according to a second alternative of the invention.

Obr. 1 znázorňuje řez rotorem v podélném směru. Na hřídeli alternátoru je upevněn rotor sestávající ze dvou rotorových věnců 2 ^s dovvntř obrácenými póly 2. Jeden z rotorových věnců 2 je na hřídeli nalisován, zatímco druhý je na hřídeli pouze nasunut, a oba rotorové věnce 2 jsou spolu seároubovány. Tato dvoudílná konstrukce rotoru je nezbytná, poněvadž stator je v rotoru úplně uzavřen. PodeV pólů 2 na každém rotorovém věnci 2 3^e libovolný. Celkový počet pólů 2 obou rotorových věnců 2 dohromady je sudý a závisí na nezbytné nebo žádané frekvenci při daných otáčkách. Rotorové věnce £ jsou vzájemně nastaveny tak, že rovina sowmrrnsti jednoho pólu 2 na jednom rotorovém věnci 2 splývá s rovinou ssшmrnnsti mezery mezi dvěma póly 2 na druhém rotorovém věnci 2· póly 2 kolem viější střeny statoru a mma! parabolický tvar, jak ukazuje obr. 3 a 4. Ten o tvar je nezbytný proto, aby výstupní napětí mělo sinusový průběh. *Giant. 1 shows a section through the rotor in the longitudinal direction. A rotor consisting of two rotor rings 2 ^with inwardly reversed poles 2 is mounted on the alternator shaft. One of the rotor rings 2 is pressed onto the shaft, while the other is only pushed onto the shaft and the two rotor rings 2 are screwed together. This two-piece rotor design is necessary since the stator is completely enclosed in the rotor. PodeV two poles on each rotor rim 2 3 ^e arbitrary. The total number of poles 2 of the two rotor shrouds 2 together is even and depends on the necessary or desired frequency at a given speed. The rotor shrouds 6 are mutually aligned such that the sowmrrnsti plane of one pole 2 on one rotor shroud 2 coincides with the orthogonal plane of the gap between the two poles 2 on the other rotor shroud 2, the poles 2 around the larger stator side and mma! Parabolic shape as shown in Figures 3 and 4. This shape is necessary for the output voltage to have a sine wave. *

Uvvntř rotoru je umístěn stator, který sestává ze jha 6 a zubů J. Jho 6 obklopuje budicí vinutí £ a je složeno ze dvou prstenců z lamel kolmých k ose rotoru. Tyto prstence jsou sestaveny z kruhových nebo svinuty z ocelového pásu. Svinutý prstenec jha 6 je na vntřní straně spojen svarem pod argonem. Na viější straně jha 6 jsou vyříznuty drážky, do kterých se zasazu;jí zuby J.Inside the rotor there is a stator, which consists of yoke 6 and teeth J. The yoke 6 surrounds the excitation winding 6 and consists of two rings of slats perpendicular to the rotor axis. These rings are composed of circular or coiled steel strip. The coiled yoke ring 6 is joined on the inside by a weld under argon. On the other side of the yoke 6, the grooves are cut into which I engage the teeth J.

Z obir. 2, který ukazuje výřez statoru v osovém směru, je patrné, jak jsou zuby J vsazeny do jha 6. U velkých strojů muusjí být zuby J v drážce elektricky izolovány, aby nevznikly závity nakrátko. Zuby £ mm jí speciální konstrukci a sahají ze jha 6 v radiálním směru ven, jak ukazuje obr. 2. Vlastní zub J má na straně přivrácené k pólům 2 rotoru dvojnásobnou šířku než na straně přivrácené ke jhu 6. Vzduchová mezera mezi zuby J statoru a póly 2 rotoru má velkou šířku a plochu, takže hustota meapintického toku v mezeře je malá, což má za důsledek malý počet budicích aeerrzávitů.Z obir. 2, which shows the stator cut-out in the axial direction, it is apparent how the teeth J are inserted into the yoke 6. In large machines, the teeth J in the groove have to be electrically insulated in order to avoid short threads. The teeth 4 mm have a special construction and extend from the yoke 6 in a radial outward direction, as shown in FIG. 2. The tooth J itself has twice the width on the side facing the rotor poles 2 than on the side facing the yoke 6. The rotor poles 2 have a large width and area, so that the density of the meapintic flow in the gap is small, resulting in a small number of excitation and thread turns.

Z obr. 3 je patrné sestavení zubů J, z lamel, které leží ve směru osy rotoru tak, že větší nebo menší počet lamel zvětšuje nebo zmenšuje tloušíku zubu Na užší části má zub J nástavec. 8 směř^^í radiálně dovvntř, který se svařováním v argonové atmosféře svaří s prstenci jha 6. Takové spojení zubů J se jtem 6 nevytváří závity nakrátko.3 shows the assembly of the teeth J from lamellas which lie in the direction of the rotor axis so that a greater or lesser number of lamellas increase or decrease the thickness of the tooth On the narrower part, the tooth J has an extension. 8 is directed radially inwardly, which is welded to the rings of the yoke 6 by welding under argon. Such a junction of the teeth J with the yoke 6 does not form short turns.

Alternativně mohou být zuby J vsazeny do drážky a přinýtovány ze strany; při tomto provedení může jho 6 sestávat z jediného prstence. Uurootřed široké části zubu J vyčnívá radiálně směrem ven nástavec i, který slouží dvěma účelům: jednak tvoří nosič statoru tím, že je z obou stran sevřen skříní stroje, takže stator je přesně centrován, a jednak protéká tímto nástavcem 1 mmagintický tok, když pól 2 překrývá zub J. Z tohoto důvodu je nutný parabolický tvar pólů 2.Alternatively, the teeth J may be inserted into the groove and riveted from the side; in this embodiment, the yoke 6 may consist of a single ring. At the center of the wide part of the tooth J extends radially outwardly from the adapter 1, which serves two purposes: firstly, it forms the stator support by being clamped on both sides by the machine housing so that the stator is precisely centered; For this reason, a parabolic pole shape 2 is required.

Je žádouuí, aby nástavce 1 zubů J byly izolovány elektricky od skříně stroje. V prvním provedení podle obr. 3 jsou horní strany 3^# zubů J rozšířené tím, že vněěší lamely jsou vyhnuty do stran. Tím se účelně zvětší plocha zubů J ve vzduchové meeeře. Majgneický tok pro203111' téká ' i’’ . postranní částí zubu J do jeho Široké ’ části. . Podle druhého provedení znázorněného' na ' obr. · .-5 je ·' zub J po stranách nástavce £ ve své široké horní · části odehnut od nástavce . £ tak,.. že · po · opracování smontovaného . statoru . ná soustruhu má horní strana 3 ’ zubu ' J větší . povrch’,· než' · ‘kdyby . zub J nebyl odehnut. · Zvětšená plocha závisí na úhlu, pod kterým je 'zub ' 3 vyhnut. . - ,It is desirable that the tooth extensions 1 are insulated electrically from the machine housing. In the first embodiment of Fig. 3, the upper sides 3 ^{# of the} teeth J are widened in that the outer lamellae are bent laterally. This expediently increases the area of the teeth J in the air meter. The majgneic flow for 203111 'flows' i ''. a lateral portion of the tooth J into its wide portion. . According to the second embodiment illustrated in Figures 5-5, the tooth J is bent away from the extension in its wide upper part. So that after processing the assembled. stator. In the lathe, the upper side 3 of the 'tooth' J is larger. surface ',' than 'if'. tooth J was not bent. · The enlarged area depends on the angle at which the 'tooth' 3 is bent. . -,

Obr. 6 ukazuje v příčném řezu druhé provedení statoru, který je sestaven z l_a^<^Zl kolmých k ose rotoru. Stejně jako v,prvním provedení má stator .neznázorněné jho na v^třní straně. Tento stator je výrobně jednodušší, .avšak pro buzeníje potřebí větší .počet . ampprzávitú. Tato nevýhoda se projevuje v jednofázovém provedení s vyjádřenými . póly podle obr-. 8 ' v menší míře.Giant. 6 shows, in cross-section, a second embodiment of a stator, which is composed of 1 and 2 Z perpendicular to the rotor axis. As in the first embodiment, the stator has a yoke (not shown) on the top side. This stator is simpler to manufacture, but larger numbers are required for excitation. ampprzávitou. This disadvantage is manifested in a single-phase embodiment with the expressions. The poles of FIG. 8 'to a lesser extent.

Střední lamely rotoru, které jsou prodlouženy v nástavce £ ..sloužící . jako nosiče .statoru a na něm upevněného budicího vinutí £ jsou vytvořeny samossatně a --jsou ' . sevřeny mezi ' . dvěma stejjými polovinami statoru, znázorněnými v bokoryse na obr. 7 a 8. Nástavce j_ . vyčnívají radiálně ven ze zubů J. Obě poloviny statoru i lamely s prodlouženými nástavci £ . jsou .na. vni-třní straně svařeny v argonové atmooféře nebo spojeny iýty, které procházejí jednak ' . jhem . a jednak širší částí zubu J, což zvyšuje mechanickou pevnot. Lamely s nástavci £ slouží současně jako přídavná plocha, kterou prochází m^an^etický tok z pólů .2 do zubů J a zpět.The central rotor blades which extend in the extension serving. as the carrier of the stator and the excitation winding 4 mounted thereon are self-assembled and are provided. clamped between '. 7 and 8 of the same stator halves, shown in a side view in FIGS. they protrude radially out of the teeth J. The two halves of the stator as well as the slats with the extensions 6. they're on. internally welded in an argon atmosphere or connected by rivets that pass through. jhem. and the wider part of the tooth J, which increases the mechanical strength. At the same time, the lamellas with the extensions 6 serve as an additional surface through which the ethical flow from the poles 2 to the teeth J and back passes.

V obou . příkladech provedení statoru je vinutí £ kotvy známým způsobem vinuto tak, že v závislosti na požadované frekvenci při daných otáčkách uzavírá určitý počet zubů statoru. Přívody vinutí jsou vyvedeny u nástavců zubů 2 na skříni stroje.In both . In the embodiment of the stator, the armature coil 6 is wound in a known manner such that it closes a number of stator teeth depending on the desired frequency at a given speed. The winding leads are led to the tooth extensions 2 on the machine housing.

Bezkartáčkový alternátor podle vynálezu pracuje tímto způsobem: budicí vinutí . upevněné na statoru budí jádro rotoru. Magnneický tok prochází rotorovým věncem 2 a přechází vzduchovou mezerou do zubu J. Z obr. 1 je vidět, že siločáry směěují k ose, u jha 6 se a procházejí zuby J do protilehlého pólu 2. Zuby J jsou střídavě překrývány severním a jižním pólem, takže čésií zubu J,» kde je vinit!, prochází msagutický tok oběma směry.The brushless alternator according to the invention operates in the following manner: excitation winding. mounted on the stator drives the rotor core. The magnneic flow passes through the rotor ring 2 and passes through the air gap to the tooth J. It can be seen from Fig. 1 that the field lines converge towards the axis, at the yoke 6 and the teeth J pass to the opposite pole 2. The teeth J are alternately overlapped by the north and south poles. so that through the tooth of J, where it is to blame !, the msagutical flow passes in both directions.

Uložením statoru v rotoru se dosáhne toho, že při daných rozměrech má rotor v důsledku většího poloměru vyšší obvodovou rychlost, přičemž délka vinutí kotvy je menní, což znamená menší tepelné ztráty a nižší spotřebu mědi. Protože rotorové věnce £ nesoucí póly 2 leží po stranách zubů, pro^l^ť^2^€^;)í siločáry i touto částí zubů. Alternátor má velmi málo součástí a konstrukce statoru umožňuje strojní .výrobu vinutí.By placing the stator in the rotor, due to the larger radius, the rotor has a higher peripheral velocity due to the larger dimensions, with the length of the armature winding being less, which means less heat loss and less copper consumption. Since the rotor rings 6 carrying the poles 2 lie on the sides of the teeth, the flux lines also extend through this part of the teeth. The alternator has very few components, and the stator design allows machine windings to be manufactured.

Claims

A brushless alternator, wherein the yoke and the stator teeth are of separate, mutually perpendicularly placed slats and the outer peripheral surface of the yoke serves to fasten the excitation winding, characterized in that the teeth (3) have radially outwardly extending teeth and extensions (8) extending radially inwardly, wherein all extensions (1) extending radially outwardly form a stator support, and radially inwardly extending extensions (8) are disposed between two yoke-forming rings (6) whose inner peripheral surfaces are flush with the inner end faces of the extensions (9) and at the boundary lines of these inner circumferential surfaces and inner end surfaces, the yoke rings (6) and the tooth extensions (8) are firmly connected to each other.

2. The brushless alternator according to claim 1, characterized in that the teeth (3) are wider in the axial direction on the side facing the poles (2) than on the side of the yoke rings (6).