RU2046498C1

RU2046498C1 - Salient-pole inductor core

Info

Publication number: RU2046498C1
Authority: RU
Inventors: Виталий Сергеевич Максимов
Original assignee: Виталий Сергеевич Максимов
Priority date: 1991-09-12
Filing date: 1991-09-12
Publication date: 1995-10-20

Abstract

FIELD: electrical machines. SUBSTANCE: salient-pole inductor core is built up of segments 1 assembled in ring and provided with rim 6 and pole cores 7 stamped integral. Each segment has integer number of poles. Poles 7 are of trapezoidal shape with hollows 13 in pole shoes. Split joints of segments 1 are shifted from symmetry axis of interpole space through same distance l; on one end, towards pole and on other end, in direction opposite to pole. EFFECT: provision for increasing thickness of elementary rim by turning over segments. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к магнитопроводам индукторов синхронных явнополюсных машин. The invention relates to electric machines, in particular to magnetic circuits of inductors of synchronous explicit pole machines.

Известна конструкция магнитопровода синхронной явнополюсной электрической машины, шихтованного из сегментов листовой стали, содержащих обод-ярмо и сердечники полюсов, выштампованные как одно целое с ободом-ярмом. При этом обод-ярмо выштампован с отверстиями под стяжные шпильки, а по внутренней поверхности с пазами для крепления на валу, а сердечники полюсов выштампованы с отверстиями под стяжные шпильки и пазами демпферов. Сегменты штампуются с числом полюсов в сегменте, не меньшим двух, при этом смещение соседних слоев сегментов осуществляется на величину n ˙180^о/р, где n целое число; р число пар полюсов. Рассмотренная конструкция магнитопровода индуктора распространяется на число полюсов машин с 2р=4. Недостатки рассмотренной конструкции следующие. Сердечники полюсов в башмаках выполнены прямоугольными, что снижает использование ротора и этим увеличивает габариты и массу машины. Сердечники выштампованы без элементов крепления обмотки возбуждения, что усложняет крепление обмотки возбуждения после монтажа катушек на полюсах и этим снижает надежность крепления обмотки возбуждения и всего ротора при эксплуатации. При n=1, р=2 сдвиг сегментов осуществлен на половину полюсного деления, что не возможно при цельноштампованных сердечниках и ободе-ярме, так как смещение соседних слоев при сборке индуктора должно осуществляться только на одно полюсное деление.The known design of the magnetic circuit of a synchronous shear-pole electric machine, burdened from sheet steel segments containing a rim-yoke and pole cores, stamped as a unit with the rim-yoke. In this case, the yoke rim is stamped with holes for the tie rods, and on the inner surface with grooves for mounting on the shaft, and the pole cores are stamped with holes for the tie rods and grooves of dampers. Segments are stamped with the number of poles in the segment not less than two, while the displacement of adjacent layers of segments is carried out by n ˙ 180 ^o / r, where n is an integer; p is the number of pole pairs. The considered design of the inductor magnetic circuit extends to the number of poles of machines with 2p = 4. The disadvantages of the considered design are as follows. The pole cores in the shoes are rectangular, which reduces the use of the rotor and thereby increases the dimensions and weight of the machine. The cores are stamped without field winding fasteners, which complicates the fastening of the field winding after mounting the coils at the poles, and this reduces the reliability of fastening the field winding and the entire rotor during operation. For n = 1, p = 2, the segments were shifted by half of the pole division, which is not possible with whole-stamped cores and the rim-yoke, since the displacement of adjacent layers during the assembly of the inductor should be carried out by only one pole division.

Целью изобретения является повышение использования синхронной машины путем выполнения сердечников полюсов, выштампованных как одно целое с ободом-ярмом, трапецеидальной формы с широким основанием трапеции для внутренних индукторов со стороны воздушного зазора, повышение надежности крепления катушек обмотки возбуждения на сердечниках полюсов путем выштампования в полюсных башмаках пазов под крепление катушек, повышение механической прочности обода-ярма за счет изготовления сегментов, укороченных на величину тангенциально по спинке ярма с одной стороны и удлиненных с второго конца тангенциально на величину +е так, что суммарная длина сегмента составляет целое число полюсных делений. The aim of the invention is to increase the use of a synchronous machine by making the pole cores stamped integrally with the yoke rim, trapezoidal with a wide trapezoid base for internal inductors from the air gap side, increasing the reliability of mounting the field winding coils on the pole cores by stamping grooves in the pole shoes for mounting coils, increasing the mechanical strength of the rim-yoke due to the manufacture of segments shortened tangentially along the back e yokes on one side and elongated at the second end tangentially by + e so that the total segment length is an integer number of pole divisions.

На фиг. 1 представлен сегмент 1 магнитопровода явнополюсного индуктора 2, собранного в кольцо на примере индуктора с числом полюсов 2р=16 из сегментов 1 толщиной δ в элементарные ободы 3 толщиной В=2 δ (2р/к, где к число полюсов в одном сегменте). Смещение соседних слоев сегментов 1 в элементарных ободах 3 равно полюсному делению Т и осуществляется в 2р/к слоях с одним расположением сегментов 1, а во вторых 2р/к слоях с перевернутым расположением сегментов 1 так, что между стыками 4 обеих половин элементарного обода 3, состоящих из 2р/к слоев сегментов 1 каждая, осуществлен сдвиг на величину Φ кратную величине е, которая выбирается приблизительно равной шагу по отверстиям 5 (фиг. 2) под шпильки обода-ярма 6, где х шаг по отверстиям шпилек 5 в ободе-ярме 6. In FIG. Figure 1 shows segment 1 of the magnetic circuit of an explicitly polar inductor 2 assembled into a ring using an example of an inductor with the number of poles 2p = 16 from segments 1 of thickness δ to elementary rims 3 of thickness B = 2 δ (2p / k, where k is the number of poles in one segment). The displacement of adjacent layers of segments 1 in elementary rims 3 is equal to the pole division T and is carried out in 2p / c layers with one arrangement of segments 1, and in the second 2p / c layers with an inverted arrangement of segments 1 so that between the joints 4 of both halves of the elementary rim 3, consisting of 2p / c layers of segments 1 each, a shift is made by a value of Φ multiple of e, which is selected approximately equal to the step along the holes 5 (Fig. 2) under the studs of the rim-yoke 6, where x is the step along the holes of the studs 5 in the rim-yoke 6.

На фиг. 2 представлен сегмент 1, содержащий обод-ярмо 6 и выштампованные как одно целое с ним сердечники 7 полюсов, числом к в сегменте 1, равным целому числу: к=1, 2, 3, 4. В ободе-ярме 6 выштампованы отверстия 5 под стяжные шпильки, отверстия 8 под сборочные калибры, пазы 9 под крепление на остове ротора. В сердечниках 7 полюсов выштампованы отверстия 10 под стяжные шпильки, отверстия 11 под сборочные калибры, отверстия 12 под демпферные стержни и выемки 13 под крепление катушек обмотки возбуждения на полюсных башмаках 14, которые размещаются в междуполюсном пространстве 15. Индуктор 2 собирается в кольцо из сегментов 1 прикладыванием конца 16 сегмента (фиг. 1) к соседнему концу 17 сегмента. In FIG. 2 shows segment 1, containing rim-yoke 6 and cores 7 poles stamped as a whole with it, with the number k in segment 1 equal to an integer: k = 1, 2, 3, 4. In rim-yoke 6, holes 5 are stamped under tie rods, holes 8 for assembly gauges, grooves 9 for mounting on the rotor core. In the cores of the 7 poles, holes 10 are stamped for the tie rods, holes 11 for the assembly gauges, holes 12 for the damper rods and recesses 13 for mounting the field winding coils on the pole shoes 14, which are placed in the interpolar space 15. The inductor 2 is assembled into a ring of segments 1 by applying the end of segment 16 (FIG. 1) to the adjacent end of segment 17.

Магнитопровод работает следующим образом. The magnetic circuit works as follows.

При вращении ротора синхронной машины его ярмо-обод 6, собранный из сегментов 1 в кольцо, подвержен растяжению под действием собственных центробежных сил и центробежных сил сердечников 7 полюсов с катушками возбуждения и демпферной обмоткой, смонтированными на полюсах, при этом напряжения в ободе-ярме 6 обратно пропорциональны степени ослабления обода 6, определяемой по выражению θ2(2р/к)-1:(2р/к), которая для приведенного примера с 2р= 16 и к=4 равна 7/4, вместо степени ослабления Φ=(2р/к)-1:(2р/к) для обода-ярма прототипа, равной 3/4, которая в 2,34 раза меньше, чем у изобретения. Следовательно, для приведенного примера напряжения в ободе-ярме 6 снижаются в 2,34 раза, т.е. если позволяют магнитные загрузки, то высота обода-ярма 6 может быть уменьшена практически вдвое, а это значит, что и масса обода уменьшается вдвое. Пазы 13 в полюсных башмаках 14 позволяют надежно закрепить катушки обмотки возбуждения в междуполюсном пространстве 15. When the rotor of the synchronous machine rotates, its yoke-rim 6, assembled from segments 1 into a ring, is subject to tension under the action of its own centrifugal forces and centrifugal forces of the 7 pole cores with excitation coils and a damper winding mounted on the poles, while the voltage in the rim-yoke 6 inversely proportional to the degree of attenuation of the rim 6, determined by the expression θ2 (2р / к) -1: (2р / к), which for the given example with 2р = 16 and к = 4 is 7/4, instead of the degree of attenuation Φ = (2р / j) -1: (2r / k) for the rim-yoke of the prototype, equal to 3/4, which is 2.34 times men higher than that of the invention. Therefore, for the given example, the voltage in the rim-yoke 6 is reduced by 2.34 times, i.e. if magnetic loading allows, then the height of the rim-yoke 6 can be reduced by almost half, and this means that the mass of the rim is halved. The grooves 13 in the pole shoes 14 can reliably fix the field coil of the field winding in the interpolar space 15.

Преимущества изобретения. Повышается надежность крепления катушек обмоток возбуждения за счет выполнения в полюсных башмаках выемок под крепления. Повышается использование электрической машины за счет выполнения сердечников полюсов с расширяющимися к воздушному зазору магнитопроводами, позволяющими увеличить коэффициент полюсного перекрытия до 0,65-0,67 от полюсного деления против 0,5-0,58 у прототипа, что снижает индукцию в воздушном зазоре и зубцовой зоне сердечника статора. Повышается механическая прочность обода-ярма за счет увеличения вдвое числа слоев в элементарном ободе путем смещения мест стыков при переворачивании сегментов с несимметричными выступами в ободе-ярме сегментов на стыках 4. При равной прочности обода-ярма с прототипом появляется возможность вдвое уменьшить его массу за счет снижения степени ослабления обода-ярма, равной с= θ/Φ
Сущностью изобретения является следующее. Обод-ярмо с цельноштампованными сердечниками полюсов собран из сегментов, имеющих с одного конца уменьшение -е а с другого конца сегмента выступ +е, при суммарной длине сегмента, равной k полюсных делений Т, причем на половине элементарного обода-ярма с числом слоев 2р/к к выемкам -е присоединяются выступы +е соседних сегментов, во второй половине элементарного обода-ярма с числом слоев сегментов 2р/к сегменты переворачиваются и собраны так, что смещение стыков в половинах элементарного обода-ярма составляет относительно первого слоя сегментов первой половины величину е. Смещение стыков первых слоев сегментов обеих половин элементарного обода-ярма е кратно шагу между отверстиями стяжных шпилек обода-ярма.Advantages of the invention. The reliability of the mounting of the coils of the field windings is increased by making recesses for mounting in the pole shoes. The use of an electric machine increases due to the implementation of pole cores with magnetic circuits expanding towards the air gap, which allows increasing the pole overlap coefficient up to 0.65-0.67 from the pole division versus 0.5-0.58 in the prototype, which reduces the induction in the air gap and tooth zone of the stator core. The mechanical strength of the rim-yoke increases due to a doubling of the number of layers in the elementary rim by shifting the joints when turning segments with asymmetrical protrusions in the rim-yoke of the segments at the joints 4. When the rim-yoke with the prototype is equally strong, it becomes possible to halve its weight due to reducing the degree of attenuation of the rim-yoke equal to c = θ / Φ
The invention is as follows. The whole-stamped yoke rim of the poles is assembled from segments having a decrease of -e at the one end and a projection + e at the other end of the segment, with a total segment length equal to k pole divisions T, and on half of the elementary yoke rim with the number of layers 2p / the protrusions + e of adjacent segments are attached to the recesses -e, in the second half of the elementary rim-yoke with the number of layers of segments 2p / k, the segments are turned over and assembled so that the offset of the joints in halves of the elementary rim-yoke is relative to the first layer of the segments of the first half, the value of e. The offset of the joints of the first layers of the segments of both halves of the elementary rim-yoke r is a multiple of the step between the holes of the tie rods of the rim-yoke.

Изобретение может быть использовано в синхронных явнополюсных машинах с внутренним и внешним индуктором и в машинах постоянного тока. The invention can be used in synchronous shear-pole machines with internal and external inductor and in DC machines.

Сущностью изобретения является также следующее. Выштампованные как одно целое с ярмом обода сердечники полюсов выполняются трапецеидальной формы с расширением к воздушному зазору для повышения использования машины. С целью повышения надежности крепления катушек обмотки возбуждения в полюсных башмаках по их боковым граням выполнены выемки под установку элементов крепления. The invention is also the following. The pole cores stamped as a unit with the yoke of the rim are trapezoidal with expansion to the air gap to increase the use of the machine. In order to increase the reliability of the fastening of the field coil coils in the pole shoes, recesses for mounting the fastening elements are made along their side faces.

Claims

1. MAGNETIC CONNECTOR OF A CURTAIN-POLE INDUCTOR, containing layers of thin-sheet steel segments stamped as a whole with a rim and pole cores, the number of which in a segment is integer, the segment connectors are made on interpolar spaces and in the segments there are holes for tie rods of the rim and pole cores and holes for assembly gauges and in the pole shoes holes for the damper rods, characterized in that the connector of each segment from one end is offset relative to the axis of symmetry of the interpolar space in the side of the pole, and from the other end, the connector of each segment is shifted relative to the axis of symmetry of the interpolar space by the same amount in the direction opposite to the pole, supplementing the segment to an integer number of pole divisions, with one half of the layers of the segments of the elementary rim inverted relative to the other half of its layers.

2. The magnetic circuit according to claim 1, characterized in that the displacement of the segment connector relative to the axis of symmetry of the interpolar space is a multiple of the pitch of the holes for the tie rods.

3. The magnetic circuit according to claims 1 and 2, characterized in that recesses are made on the sides of the pole shoes.

4. The magnetic circuit according to claims 1 to 3, characterized in that the pole cores for the internal inductor are made trapezoidal with a large base from the side of the air working gap.