RU215028U1

RU215028U1 - Synchronous generator with axial magnetic flux

Info

Publication number: RU215028U1
Application number: RU2022126338U
Authority: RU
Inventors: Николай Игоревич Неустроев; Сергей Анатольевич Ганджа
Filing date: 2022-10-10
Publication date: 2022-11-25

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам, и может быть использована при производстве высокоскоростных синхронных генераторов для использования в составе газотурбинных установок. Технический результат - повышение технологичности и ремонтопригодности заявленного генератора. Генератор с аксиальным магнитным потоком включает корпус, диамагнитный якорь, магнитные секции с постоянными магнитами, электромагнитные подвесы, статор с обмоткой. Особенностью полезной модели является выполнение корпуса генератора из расположенных соосно и скрепленных резьбовыми шпильками отдельных листов. При этом обмотка статора выполняется в виде модульных кассет, представляющих собой формованный эмалированный провод прямоугольного сечения, зафиксированный компаундом. 3ил.

The utility model relates to electrical engineering, namely to electrical machines, and can be used in the production of high-speed synchronous generators for use as part of gas turbine plants. The technical result is an increase in manufacturability and maintainability of the claimed generator. The generator with axial magnetic flux includes a housing, a diamagnetic armature, magnetic sections with permanent magnets, electromagnetic suspensions, and a stator with a winding. A feature of the utility model is the execution of the generator housing from separate sheets arranged coaxially and fastened with threaded studs. In this case, the stator winding is made in the form of modular cassettes, which are molded enameled rectangular wire, fixed with a compound. 3yl.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам, и может быть использована при производстве высокоскоростных синхронных генераторов для использования в составе газотурбинных установок.The utility model relates to electrical engineering, namely to electrical machines, and can be used in the production of high-speed synchronous generators for use as part of gas turbine plants.

Известна электрическая машина, содержащая кольцеобразный ряд обмоток статора на железных сердечниках из листов или прессованного порошка железа, и соответствующий кольцеобразный ряд постоянных магнитов ротора, в частности синхронная машина с постоянной намагниченностью для синусоидального напряжения, обмотки выполнены сосредоточенными, а не распределены в пазах, сердечники с обмотками чередуются с железными сердечниками без обмоток, так что на каждом втором железном сердечнике имеется обмотка. Причем машина рассчитана на трехфазное напряжение с последовательным соединением соседних катушек, которые могут быть соединены последовательно или параллельно. [1]Known electrical machine containing an annular row of stator windings on iron cores from sheets or pressed iron powder, and a corresponding annular row of permanent magnets of the rotor, in particular a synchronous machine with constant magnetization for a sinusoidal voltage, the windings are made concentrated, and not distributed in grooves, cores with windings alternate with iron cores without windings, so that every second iron core has a winding. Moreover, the machine is designed for a three-phase voltage with a series connection of neighboring coils, which can be connected in series or in parallel. [one]

Недостатком этой электрической машины является необходимость изготовления пакета статора из листов электротехнической стали, с выполненными в них пазами для обмоточного провода, что повышает трудоемкость при изготовлении изделия, а также ремонт, в случае выхода электрической машины из строя.The disadvantage of this electric machine is the need to manufacture a stator package from sheets of electrical steel, with grooves made in them for the winding wire, which increases the complexity in the manufacture of the product, as well as repairs in the event of an electrical machine failure.

Также известен магнитоэлектрический генератор, ротор которого снабжен постоянными магнитами, а статор содержит две параллельные пластины, между которыми размещены в два ряда кольцевые обмотки, выполненные в форме равнобедренных трапеций, боковые стороны которых расположены радиально относительно оси вращения ротора, а участки кольцевых обмоток в основаниях трапеций выгнуты по дуге, при этом выгнутые по дуге участки рядов обмоток обращены в противоположные стороны; ротор выполнен из двух закрепленных на валу параллельных дисков, на каждом из которых на обращенных друг к другу поверхностях размещены кольцеобразные ряды постоянных магнитов, полярность постоянных магнитов каждого ряда чередуется, при этом полюса постоянных магнитов одного ряда обращены к противоположным полюсам постоянных магнитов другого ряда, кольцевые обмотки попарно вставлены друг в друга, при этом расстояние между участками кольцевых обмоток в основаниях трапеций превышает ширину кольцеобразного ряда постоянных магнитов. [2]Also known is a magnetoelectric generator, the rotor of which is equipped with permanent magnets, and the stator contains two parallel plates, between which are placed in two rows annular windings made in the form of isosceles trapezoids, the sides of which are located radially relative to the axis of rotation of the rotor, and the sections of the annular windings in the bases of the trapezoid bent in an arc, while the sections of the rows of windings curved in an arc face in opposite directions; the rotor is made of two parallel disks fixed on the shaft, on each of which on the surfaces facing each other there are annular rows of permanent magnets, the polarity of the permanent magnets of each row alternates, while the poles of the permanent magnets of one row are facing the opposite poles of the permanent magnets of the other row, annular the windings are inserted into each other in pairs, while the distance between the sections of the annular windings in the bases of the trapezoids exceeds the width of the annular row of permanent magnets. [2]

Недостатком этого магнитоэлектрического генератора является технологически сложное изготовление и ремонт в случае выхода из строя обмотки статора, конструктивно представляющей собой выгнутые по дуге равнобедренные трапеции, вставленные друг в друга и укрепленные на пластинах.The disadvantage of this magnetoelectric generator is the technologically complex manufacture and repair in case of failure of the stator winding, structurally representing isosceles trapezoids curved in an arc, inserted into each other and mounted on plates.

Известна конструкция магнитоэлектрического генератора, принятого в качестве прототипа, ротор которого выполнен из двух параллельных дисков, закрепленных на валу, выполненных из электротехнической стали. На обращенных друг к другу поверхностях дисков размещены кольцеобразные ряды выполненных в форме трапеций постоянных магнитов. В каждом кольцевом ряду магниты сопряжены друг с другом боковыми гранями с зазором 0,1-0,2 мм. Полярность постоянных магнитов в каждом ряду чередуется, при этом полюса постоянных магнитов одного ряда обращены к противоположным полюсам постоянных магнитов другого ряда. Статор магнитоэлектрического генератора содержит две параллельные пластины, между которыми размещены расположенные в два ряда кольцевые обмотки соответственно. Участки кольцевых обмоток в основаниях трапеций выгнуты по дуге и обращены в противоположные стороны. Расстояние между участками кольцевых обмоток в основаниях трапеций превышает ширину кольцеобразного ряда постоянных магнитов. Смежные боковые стороны кольцевых обмоток ряда размещены между боковыми сторонами кольцевых обмоток другого ряда. Таким образом, обмотки совместно образуют замкнутую кольцевую цепь. [3]Known design magnetoelectric generator, taken as a prototype, the rotor of which is made of two parallel disks mounted on a shaft, made of electrical steel. Ring-shaped rows of permanent magnets made in the form of trapezoids are placed on the surfaces of the disks facing each other. In each annular row, the magnets are paired with each other by side faces with a gap of 0.1-0.2 mm. The polarity of the permanent magnets in each row alternates, with the poles of the permanent magnets in one row facing the opposite poles of the permanent magnets in the other row. The stator of the magnetoelectric generator contains two parallel plates, between which are placed in two rows of annular windings, respectively. Sections of the annular windings in the bases of the trapezoids are curved in an arc and turned in opposite directions. The distance between the sections of the annular windings in the bases of the trapezoids exceeds the width of the annular row of permanent magnets. Adjacent sides of the annular windings of a row are placed between the sides of the annular windings of another row. Thus, the windings together form a closed ring circuit. [3]

Недостаток этого магнитоэлектрического генератора аналогичен недостатку описанного выше аналога [2], а именно сложное изготовление и ремонт в случае выхода из строя обмотки статора, конструктивно представляющей собой выгнутые по дуге равнобедренные трапеции, вставленные друг в друга и укрепленные на пластинах.The disadvantage of this magnetoelectric generator is similar to the disadvantage of the analog described above [2], namely, the complex manufacture and repair in case of failure of the stator winding, which is structurally an isosceles trapezoid curved in an arc, inserted into each other and mounted on plates.

Задачей предлагаемой полезной модели является повышение технологичности изготовления и ремонтопригодности генераторов. Технический результат - повышение технологичности и ремонтопригодности.The objective of the proposed utility model is to improve the manufacturability and maintainability of generators. EFFECT: improved manufacturability and maintainability.

Поставленная задача решается тем, что синхронный генератор с аксиальным магнитным потоком, состоит из корпуса, выполненного из расположенных соосно листов, скрепленных резьбовыми шпильками, диамагнитного якоря, магнитных секций с постоянными магнитами и электромагнитных подвесов, а также статора с обмоткой, при этом обмотка статора, выполнена формованным прямоугольным эмалированным проводом, с последующей фиксацией компаундом и представляет собой модульные кассеты, размещающиеся в предусмотренных конструктивно пазах корпуса.The problem is solved by the fact that a synchronous generator with an axial magnetic flux consists of a housing made of coaxially arranged sheets fastened with threaded studs , a diamagnetic armature, magnetic sections with permanent magnets and electromagnetic suspensions, as well as a stator with a winding, while the stator winding, It is made with a molded rectangular enameled wire, followed by fixation with a compound and is a modular cassette, placed in the structurally provided grooves of the housing.

Заявляемый синхронный генератор с аксиальным магнитным потоком обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него конструктивным исполнением обмотки статора, выполненной в виде модульных кассет. Указанное конструктивное улучшение позволяет упростить технологию изготовления генераторов и повысить их ремонтопригодность.The inventive synchronous generator with axial magnetic flux is novel in comparison with the prototype, differing from it in the design of the stator winding, made in the form of modular cassettes. The specified design improvement allows to simplify the manufacturing technology of generators and improve their maintainability.

Заявляемая полезная модель изготавливается из обычных конструкционных материалов (алюминий, сталь, медь, кремнийорганический компаунд), на заводском оборудовании, и может найти широкое применение в составе газотурбинных установок.The claimed utility model is made of conventional structural materials (aluminum, steel, copper, organosilicon compound) , on factory equipment, and can be widely used as part of gas turbine plants.

Полезная модель иллюстрируется следующими изображениями:The utility model is illustrated by the following images:

Фиг.1 - Изометрический вид синхронного генератора с аксиальным магнитным потоком с вырезом.Figure 1 - Isometric view of a synchronous generator with axial magnetic flux with a cutout.

Фиг.2 - Отформованный провод обмотки статора синхронного генератора с аксиальным магнитным потоком залитый компаундом.Figure 2 - Molded wire of the stator winding of a synchronous generator with axial magnetic flux filled with compound.

Фиг.3 - Отформованный эмалированный провод обмотки статора синхронного генератора с аксиальным магнитным потоком.Figure 3 - Molded enameled wire of the stator winding of a synchronous generator with axial magnetic flux.

Для достижения поставленной задачи предложена конструкция синхронного генератора с аксиальным магнитным потоком (Фиг.1), который состоит из корпуса, выполненного из расположенных соосно и скрепленных резьбовыми шпильками 9 отдельных листов 1, 2 и 3, диамагнитного якоря 4, магнитных секций 5 с постоянными магнитами, электромагнитных подвесов 6 и 7, выполняющих роль подшипников, а также модульных кассет 8, размещаемых в предусмотренных в корпусе прорезях. Таким образом, активная часть проводников находится между постоянных магнитов секций ротора. Причем модульные кассеты 8, выполнены формованным прямоугольным эмалированным проводом 10 (Фиг. 3), с последующей фиксацией компаундом 11 (Фиг. 2). Все детали генератора находятся в функционально- конструктивном единстве и соединены между собой сборочными операциями.To achieve this task, the proposed design of a synchronous generator with axial magnetic flux (Figure 1), which consists of a housing made of coaxially arranged and fastened with threaded studs 9 individual sheets 1, 2 and 3, diamagnetic armature 4, magnetic sections 5 with permanent magnets , electromagnetic suspensions 6 and 7, which act as bearings, as well as modular cassettes 8, placed in the slots provided in the housing. Thus, the active part of the conductors is located between the permanent magnets of the rotor sections. Moreover, modular cassettes 8 are made with molded rectangular enameled wire 10 (Fig. 3), followed by fixation with compound 11 (Fig. 2). All parts of the generator are in functional and structural unity and are interconnected by assembly operations.

Синхронный генератор с аксиальным магнитным потоком работает следующим образом. Якорь 4 приводится во вращение сторонним устройством, вращающееся магнитное поле, создаваемое вращением постоянных магнитов в магнитных секция 5, наводит ЭДС в кассетах 8, расположенных в корпусе. Свободное вращения якоря 4, относительно листов корпуса 1, 2 и 3, обеспечивается электромагнитными подвесами 6 и 7, выполняющими роль подшипников.Synchronous generator with axial magnetic flux operates as follows. The armature 4 is driven by a third-party device, the rotating magnetic field generated by the rotation of the permanent magnets in the magnetic section 5 induces an EMF in the cassettes 8 located in the housing. Free rotation of the armature 4, relative to the body sheets 1, 2 and 3, is provided by electromagnetic suspensions 6 and 7, which act as bearings.

Конструктивные данные (число модульных кассет, число витков в кассете, размеры провода, габаритные и присоединительные размеры кассеты) предложенного технического решения определяются из требований к выходной мощности, частоте вращения и выходному напряжению синхронного генератора с аксиальным магнитным потоком. Диаметр центрального отверстия в кассете (фиг.2,3) определяется минимальным диаметром вала генератора. Высота и ширина кассет определяются радиальной высотой магнитов и конструктивно необходимым вылетом лобовых частей. Толщина кассеты определяется из электромагнитного расчета.Structural data (number of modular cassettes, number of turns in the cassette, wire dimensions, overall and connecting dimensions of the cassette) of the proposed technical solution are determined from the requirements for output power, speed and output voltage of a synchronous generator with axial magnetic flux. The diameter of the central hole in the cassette (Fig.2,3) is determined by the minimum diameter of the generator shaft. The height and width of the cassettes are determined by the radial height of the magnets and the structurally necessary overhang of the frontal parts. The thickness of the cassette is determined from an electromagnetic calculation.

Таким образом, конструктивное исполнение обмотки статора в виде модульных кассет позволяет легко заменить вышедший из строя элемент обмотки статора без демонтажа остальных элементов конструкции, в отличие от прототипа и, как следствие, повышает технологичность изготовления и ремонтопригодность изделия.Thus, the design of the stator winding in the form of modular cassettes makes it easy to replace a failed stator winding element without dismantling the remaining structural elements, unlike the prototype, and, as a result, increases the manufacturability and maintainability of the product.

Источники информации:Sources of information:

1. Патент RU №2234788, МПК Н02К 21/24, Н02К 21/12, дата подачи заявки 25.05.2000, дата публикации 20.08.2004.1. Patent RU No. 2234788, IPC H02K 21/24, H02K 21/12, application date 05/25/2000, publication date 08/20/2004.

2. Патент RU №2427067, МПК Н02К 21/24, Н02К 3/24, дата подачи заявки 25.12.2009, дата публикации 20.08.2011.2. Patent RU No. 2427067, IPC H02K 21/24, H02K 3/24, application date 12/25/2009, publication date 08/20/2011.

3. Патент RU №2564511, МПК Н02К 21/24, Н02К 3/04, дата подачи заявки 27.10.2014, дата публикации 10.10.2015.3. Patent RU No. 2564511, IPC H02K 21/24, H02K 3/04, application date 10/27/2014, publication date 10/10/2015.

Claims

Synchronous generator with axial magnetic flux, including a housing, a diamagnetic armature, magnetic sections with permanent magnets, electromagnetic suspensions, a stator with a winding, characterized in that the generator housing is made of individual sheets arranged coaxially and fastened with threaded studs, and the stator winding is made in the form of modular cassettes, which are formed enameled wire of rectangular cross section, fixed with a compound.