CS225539B1

CS225539B1 - The electric rotation machine of the homopolar type

Info

Publication number: CS225539B1
Application number: CS662182A
Authority: CS
Inventors: Zdenko Stanicek; Jaroslav Ing Rakus
Original assignee: Zdenko Stanicek; Rakus Jaroslav
Priority date: 1982-09-15
Filing date: 1982-09-15
Publication date: 1984-02-13

Description

Vynález se týká elektrického stroje točivého homopolárního typu, zejména vířivého dynamometru.induktorového typu, opatřeného toroidním budicím vinutím, tvořeným alespoň. dvěma cívkami, uspořádanými v axiálním směru stroje v odstupu od sebe a oddělenými od prostoru pracovní vzduchové mezery stroje mezikruhovým magneticky nevodivým můstkemoBACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotary homopolar type electric machine, in particular an inductor-type swirl dynamometer provided with a toroidal excitation winding of at least one. two coils arranged in the axial direction of the machine at a distance from each other and separated from the working air gap space of the machine by means of a circular magnetic non-conducting bridge

Stávající konstrukce elektrických strojů točivých homopolárního typu, pracujících na principu vířivých proudů, zejména vířivých dynamometrů induktorového typu, jsou v provedení s tzv· mokrým rotorem, kdy chladicí kapalina je vpravována přímo do prostoru pracovní vzduchové mezery stroje a bezprostředně odvádí vyvinuté teplo od vířivých proudů ze stroje, opatřovány toroidním budicím vinutím, představovaným převážně jednou budicí cívkou, která je vložena do dutiny magneticky vodivého jha statoru v hermeticky uzavřeném tenkostěnném obalu z magneticky nevodivého materiálu, který bývá rovněž pro zabezpečení intenzivního odvodu tepla z budicí cívky obtékán chladicí kapalinou, nejčastěji vodou· Tento plechový obal, vnější elektrická izolace a rovněž i vzduchové polštáře, vytvářející se mezi vnějším obalem cívky a dutinou jha statoru, představují značný tepelný odpor, který negativně ovlivňuje účinnost chlazení, což ve svém důsledku vede k menši výkonové využitelnosti strojů, přičemž navíc je toto vytvoření budicího vinutí technologicky poměrně pracné a výrobně nákladné oExisting designs of rotating homopolar-type electric machines, operating on the principle of eddy currents, in particular inductor-type eddy-current dynamometers, are of the so-called wet rotor design, where the coolant is introduced directly into the working air gap of the machine. machines, equipped with toroidal excitation winding, consisting mainly of one excitation coil, which is inserted into the cavity of a magnetically conductive stator yoke in a hermetically sealed thin-walled package of magnetically non-conductive material, which is also circulated with cooling liquid, This sheet metal casing, external electrical insulation, as well as the air cushions formed between the coil outer casing and the stator yoke cavity, represent a considerable thermal resistance which negatively affects cooling efficiency, which in consequence leads to lower power utilization of the machines, while in addition this creation of excitation winding is technologically laborious and

U strojů v provedení s tzv· suchým rotorem, opatřených chladicími kanály, vytvořenými ve statoru u pracovní vzdu225 539 chové mezery stroje sice odpadá nutnost uspořádání budicího vinutí v hermeticky uzavřeném tenkostěnném obalu z magneticky nevodivého materiálu, avšak odvod tepla je opět závislý na tloušťce vnější elektrické izolace a minimálních vzduchových polštářích· K určitějšímu výhodnějšímu řešení u těchto typů strojů jistě patří vytvoření toroidního budicího vinutí, sestávajícího z alespoň dvou cívek, oddělených od sebe v axiálním směru stroje, mezi kterými je vsunuta deska z tepelně vodivého materiálu, která je tepelně vodivě spojena jednak s oběma cívkami a jednak s mezikruhovým magneticky nevodivým můstkem, jež odděluje toroidní budicí cívky od prostoru pracovní vzduchové mezery stroje· Tímto uspořádáním se sice dosáhlo dosti výrazného snížení oteplení budicího vinutí, avšak v důsledku toho, že nebyly odstraněny především vzduchové polštáře mezi vnějším povrchem vinutí a jhem statoru, je optimální výkonová využitelnost strojů stále ještě limitována·On dry rotor machines equipped with cooling ducts formed in the stator at the working air of the machine, there is no need to arrange the excitation winding in a hermetically sealed thin-walled package of magnetically non-conductive material, but heat dissipation is again dependent on the thickness of the external electric Insulation and minimal air cushions A more advantageous solution for these types of machines is certainly the creation of a toroidal excitation winding consisting of at least two coils separated from each other in the axial direction of the machine, between which a plate of thermally conductive material is inserted. both with both coils and with a non-circular magnetically non-conductive bridge separating the toroidal excitation coils from the working air gap of the machine. , but due to the fact that the air cushions between the outer surface of the winding and the stator yoke have not been removed, the optimum machine performance is still limited ·

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny u elektrického stroje točivého homopolárního typu podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že mezi cívkami jsou uspořádány víoxký pro vyvozeni tlaku na přivrácené stěny cívek·The aforementioned drawbacks are eliminated in the electric machine of the rotating homopolar type according to the invention, which is characterized in that the coils are arranged between the coils to exert pressure on the facing walls of the coils.

U řešení elektrického stroje točivého homopolárního typu podle vynálezu lze výhody spatřovat především v tom, že uspořádáním y/Pk^y pro vyvození tlaku na přivrácené stěny cívek mezi cívkami toroidního budicího vinutí dojde k zaručeně dobrému mechanickému styku odvrácených stěn cívek s vnitřními radiálními stěnami jha statoru, ve kterém jsou rovněž vytvořeny v úrovni uspořádání cívek toroidního budicího vinutí chladicí kanály, čímž dojde k maximálnímu přestupu tepla vyvinutého průtokem proudu v cívkách do jha statoru a cívky je tak možno bezpečně proudově zatěžovat až na horní mez dané tepelné třídy izolace cívek a tím docilovat maximálních výstupních parametrů strojů. Při vytvoření \/íoZkAj pro vyvození tlaku na přivrácené stěny cívek z materiálu na bázi pryže, lze tloušťku vnější izolace cívek upravit na minimální velikost odpovídající krajní mezi stanoveného elektrického průrazu. Účinnost odvodu tepla z cívek lze pak navíc ještě zvýšit tak, že mezi a přivrácené stěny cívek jsou uloženy mezikruhové vložky z tepelně vodivého materiálu o průřezu tvaru písmene L, které svou válcovitou horní částí přiléhají nad cívkami k vnitřní válcovité stěně jha statoru»In the electric rotary homopolar type machine according to the invention, the advantages can be seen in particular in the fact that by arranging the pressure coil walls y / Pk ^ y between the coil coils of the toroidal excitation winding, good mechanical contact between the coil side faces and the inner radial walls of the stator yoke is guaranteed. , in which cooling channels are also provided at the level of the coil of the toroidal excitation winding, thereby maximally transferring the heat generated by the current flow in the coils to the stator yoke and thus can safely load current up to the upper limit of the given thermal class maximum output parameters of machines. By providing a pressure applied to the facing walls of the coils of rubber-based material, the thickness of the outer insulation of the coils can be adjusted to a minimum size corresponding to the extreme limit of the specified electrical breakdown. In addition, the heat dissipation efficiency of the coils can be further increased by placing between the facing faces of the coils an L-shaped cross-section of thermally conductive material with a cylindrical top adjacent to the inner cylindrical wall of the stator yoke »

Uspořádání budicího vinutí elektrického stroje točivého homopolárního typu podle vynálezu lze velmi dobře uplatnit jak u strojů v provedení s tzv» suchým rotorem, tak i u strojů v provedení s tzv. mokrým rotorem, kdy pro zaručení technologicky výhodného hermetického oddělení budicího vinutí od prostoru pracovní vzduchové mezery stroje, je mezikruhový magneticky nevodivý můstek vytvořen ze dvou protilehlých dílců, které jsou připevněny svarem k vnitřním radiálním stěnám jha statoru a v dělicí spáře, v místě styku dílců, je umístěno těsnění»The arrangement of the excitation winding of an electric rotary homopolar type machine according to the invention can be very well applied both in machines with the so-called dry rotor design and also in machines with the so-called wet rotor design. of the machine, the annular magnetically non-conductive bridge is formed from two opposite parts, which are welded to the inner radial walls of the stator yoke and in the separating joint, at the point of contact of the parts, there is a gasket »

Na připojeném výkrese jsou znázorněny příklady provedení elektrického stroje točivého homopolárního typu podle vynálezu, kde na obr. 1 je zobrazeno vytvoření vířivého dynamometru induktorového typu v provedení a tzv. suchým rotorem v částečném polovičním podélném řezu, obr. 2 ukazuje vytvoření budicího vinutí, tvořeného dvěma budicími cívkami, mezi nimiž jsou uloženy jednak pro vyvození tlaku na přivrácené stěny cívek a jednak mezikruhové vložky z tepelně vodivého materiálu v částečném podélném řezu, a na obr. 3 je znázorněno vytvoření budicího vinutí, tvořeného dvěma budicími cívkami, elektrického stroje točivého homopolárního typu v provedení s tzv. morkým rotorem, v částečném podélném řezu.The attached drawing shows exemplary embodiments of an electric rotary homopolar type machine according to the invention, in which Fig. 1 shows an induction type swirl dynamometer in an embodiment and a so-called dry rotor in partial half longitudinal section; Fig. 2 shows an excitation winding formed by two excitation coils between which, on the one hand, are applied to exert pressure on the facing walls of the coils and on the other, an inter-circular insert of thermally conductive material in partial longitudinal section, and FIG. 3 shows an excitation winding formed by two excitation coils of an electric rotary homopolar type version with so called wet rotor, in partial longitudinal section.

Elektrický stroj točivý homopolárního typu podle vynálezu, představovaný na obr. 1 vířivým dynamometrem induktorového typu, je opatřen toroidním budicím vinutím, které je v konkrétních případech, naznačených na obr. 1 až 3, tvořeno dvěma cívkami £ se samostatnými vývody, přičemž tyto cívky £ jsou uspořádány ve jhu 2 statoru 1 v axiálním směru stroje v odstupu od sebe a od prostoru pracovní vzduchové mezery stroje jsou odděleny mezikruhovým magneticky nevodivým můstkem 2» Pro zabezpečení zaručeně dobrého mechanického styku odvrácených stěn cívek £ e vnitřními radiálními stěnami £The rotary electric machine of the homopolar type according to the invention, represented in Fig. 1 by an inductor-type vortex dynamometer, is provided with a toroidal excitation winding, which in the specific cases indicated in Figs. 1 to 3 consists of two coils with separate terminals. They are arranged in the yoke 2 of the stator 1 in the axial direction of the machine at a distance from each other and are separated from the working air gap by an intermittently magnetically non-conductive bridge 2.

225 539 jha 2 statoru 1 a tím docílení maximálního přestupu tepla z cívek % do jha 2 statoru 1, jsou mezi cívkami 5 uspořá10 pro vyvození tlaku na přivrácené stěny 6 cívek K nejvýhodnějším přitom patří takové VÍoŽ'ky 10, které jsou vytvořeny z materiálu na bázi pryže· Aby bylo možné v případě potřeby ještě více proudově zatěžovat cívky 5 toroidního budicího vinutí, jsou pro zabezpečení dalšího zvýšeného odvodu tepla z těles cívek 2 přestupem i do vnitřní válcovité stěny J jha 2 statoru I uloženy mezi a přivrácené stěny 6 cívek mezikruhové vložky 11 z tepelně vodivého materiálu o průřezu tvaru písmene L, které svou válcovitou částí 12 přiléhají nad cívkami £ k vnitřní válcovité stěně $ jha 2 statoru 1, jak je patrno podle obr· 2· Jak je potom naznačeno na obr· 3, je pro zaručení technologicky výhodného hermetického oddělení cívek 5 toroidního budicího vinutí od prostoru pracovní vzduchové mezery stroje mezikruhový magneticky nevodivý můstek J vytvořen ze dvou protilehlých dílců 8, které jsou k vnitřním radiálním stěnám 4 jha 2 statoru 1 připevněny svarem 14· Hermetičnost oddělení cívek 5 od prostoru pracovní vzduchové mezery stroje pak zcela zaručuje těsnění 13» které je umístěno v dělicí spáře 9 v místě styku dílců 8 mezikruhového magneticky nevodivého můstku 2·225 539 yoke 2 of the stator 1 and thereby achieving a maximum heat transfer from the coils% to yoke 2 of the stator 1 are arranged between the coils 5 to exert pressure on the facing walls 6 of the coils. In order to ensure even more current loading of the toroidal field winding coils 5, in order to ensure further increased heat dissipation from the coil bodies 2, the transfer of the inner cylindrical wall J y 2 of the stator I is arranged between and facing the coil walls 6 11 of a thermally conductive L-shaped cross-section which, with its cylindrical part 12, abuts the coils 6 to the inner cylindrical wall 8, 2 of the stator 1, as shown in FIG. technologically advantageous hermetic separation of the coils 5 of the toroidal excitation winding from the working space the air gap of the machine an annular magnetic non-conductive bridge J formed of two opposing parts 8, which are welded to the inner radial walls 4 of the yoke 2 of the stator 1 · The hermetic separation of the coils 5 from the working air gap the dividing gap 9 at the point of contact of the components 8 of the annular magnetic non-conductive bridge 2 ·

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

225 539

1 * An electric rotary machine of homopolar type, in particular an inductor-type vortex dynamometer, provided with a toroidal excitation winding comprising at least two coils arranged in the axial direction of the machine spaced apart in the stator yoke and separated from the working air gap space of the machine by an annular magnetically nonconductive bridge characterized in that yokes (10) are arranged between the coils (5) to apply pressure to the facing walls (6) of the coils (5);

Electrical machine according to claim 1, characterized in that between the (10) and the facing walls (6) of the coils (5) there are arranged annular inserts (11) of thermally conductive L-shaped material with a cylindrical part (12). ) adjoining the coils (5) to the inner cylindrical wall (3) yoke (2) of the stator (1) ·

Electric machine according to claim 1, characterized in that (10) are made of a rubber-based material.

An electrical machine according to claim 1, characterized in that the annular magnetically non-conductive bridge (7) is formed of two opposing parts (8) fastened by welding (14) to the inner radial walls (4) of the yoke (2) of the stator (1). wherein a seal (13) is disposed in the separation gap (9) at the point of contact of the panels (8).