RU2233532C1 - Синхронная попеременно-полюсная машина - Google Patents
Синхронная попеременно-полюсная машина Download PDFInfo
- Publication number
- RU2233532C1 RU2233532C1 RU2003103409/09A RU2003103409A RU2233532C1 RU 2233532 C1 RU2233532 C1 RU 2233532C1 RU 2003103409/09 A RU2003103409/09 A RU 2003103409/09A RU 2003103409 A RU2003103409 A RU 2003103409A RU 2233532 C1 RU2233532 C1 RU 2233532C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stator
- rotor
- winding
- stator winding
- axis
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K19/00—Synchronous motors or generators
- H02K19/16—Synchronous generators
- H02K19/22—Synchronous generators having windings each turn of which co-operates alternately with poles of opposite polarity, e.g. heteropolar generators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
- H02K3/47—Air-gap windings, i.e. iron-free windings
Abstract
Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроению, в частности к конструкции многофазных машин переменного тока, преимущественно к генераторам с повышенной удельной мощностью, способных вырабатывать ток в широком диапазоне частот. Сущность изобретения состоит в том, что статорная обмотка выполнена в виде размещенных внутри фигуры вращения катушек, осью намотки которых является ось поперечного сечения фигуры вращения, а ротор выполнен из центрального и двух дополнительных торцевых индукторов, образующих с центральным индуктором фигуру вращения, охватывающую статорную обмотку с рабочим зазором, при этом все три индуктора скоммутированы таким образом, что в сечении полуплоскостью, началом которой является ось вращения ротора, их полюса одноименны. Техническая задача изобретения состоит в удвоении удельной мощности генератора в широком диапазоне рабочих частот от 50 до 400 Гц путем увеличения практически до 100% активной длины витка статорной обмотки, благодаря предложенной форме сопряжения статора и ротора. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к электромашиностроению и может найти применение при разработке конструкций многофазных машин переменного тока с увеличенной удельной мощностью (по отношению к габаритам и весу), например генераторов переменного тока, способных вырабатывать ток в широком диапазоне частот (50-400 Гц).
Существующие многофазные генераторы переменного тока имеют ротор, на валу которого смонтирован сердечник из ферромагнитного материала, имеющий выступы по числу пар магнитных полюсов с размещенной на них обмоткой возбуждения. Обмотка ротора подсоединена к контактным кольцам коллектора для подачи напряжения возбуждения генератора. Количество пар магнитных полюсов ротора определяет частоту вырабатываемого генератором тока при заданной угловой скорости его вращения. Статор набран из пластин электротехнической стали в виде колец с внутренними пазами, в которых размещается многофазная обмотка генератора. Число катушек в каждой фазной обмотке статора равно числу пар магнитных полюсов ротора.
Подобная конструкция попеременно-полюсного генератора имеет ряд недостатков:
1. Лобовые части статорной обмотки генератора не участвуют в получении ЭДС индукции генератора и, являясь соединительным балластом, приводят к дополнительным электромагнитным потерям, перерасходу дорогостоящей меди и утяжелению машины.
2. Вихревые токи от наведенной переменной ЭДС в железе статора замыкаются через общее кольцо его пластин и вместе с высокочастотными гармониками вызывают дополнительный нагрев и насыщение железа, что ухудшает технико-экономические показатели генератора. Эта же причина является главным препятствием при конструировании многофазных высокочастотных генераторов (например, 400 Гц), так как приводит к недопустимым потерям в железе статора.
Известны конструкции трехфазных синхронных генераторов с когтеобразными полюсами и внутренней катушкой возбуждения [1]. Эти генераторы имеют лучшие массогабаритные показатели, однако наличие распределенной обмотки статора по-прежнему является недостатком конструкции. В авторском свидетельстве №871282, Н 02 К 19/22, сделана попытка избавиться от этого недостатка: катушки каждой фазы статорной обмотки расположены на рядом стоящих зубцах якоря. Это повышает удельную мощность генератора на 10-15%. В авторском свидетельстве №1334300, Н 02 К 23/04, в котором рассматривается электрическая машина, содержащая статор с постоянными магнитами и кольцевой ротор с обмоткой, сделана попытка увеличить активную зону взаимодействия силовых полей с помощью полюсных наконечников, выполненных в виде Г-образных сегментов, обращенных внутренней торцевой и цилиндрической поверхностями к обмотке якоря. Улучшение удельной мощности машины за счет увеличения площади магнитных полюсов в данной конструкции малоэффективно.
Очевидно, что дальнейшее серьезное повышение эффективности генератора возможно только за счет более полного использования в работе витков обмотки статора путем радикального увеличения относительной длины их активной части. Это и стало задачей, на решение которой направленно заявленное изобретение. Поскольку, в результате информационного поиска не удалось выявить достаточно близкого аналога заявленного технического решения, в качестве прототипа выбрана классическая конструкция генератора (см. [2], стр. 369).
Поставленная цель достигается тем, что статорная обмотка выполнена в виде катушек с сердечниками, размещенных внутри фигуры вращения, осью намотки которых является ось поперечного сечения фигуры вращения, а ротор снабжен двумя дополнительными торцевыми индукторами, расположение полюсов которых согласовано с полюсами центрального индуктора и которые вместе с ним охватывают статорную обмотку по периметру фигуры вращения с рабочим зазором, при этом индукторы скоммутированны таким образом, что в сечении полуплоскостью, началом которой является ось вращения ротора, их полюса одноименны, чередуясь попеременно в смежных полуплоскостях. Такая форма сопряжения статора и ротора увеличивает практически до 100% активную длину витка катушки статора (при 40-60% в рассмотренных аналогах), что пропорционально увеличивает удельную мощность генератора.
Изложенная сущность изобретения поясняется чертежом - эскизом продольного сечения по оси вращения ротора, на котором изображен вариант конструкции трехфазного генератора согласно п.2 формулы.
Устройство состоит из следующих основных узлов и деталей: статор состоит из несущей обечайки 1, внутри которой на стойках-опорах 2 концентрично подвешено силовое кольцо 3, имеющее в поперечном сечении форму равностороннего треугольника. На каждую из сторон треугольного кольца крепятся коробчатые лотки-магнитопроводы 4, отштампованные из листов электротехнической стали и подогнанные друг к другу с минимальными зазорами. Эти лотки-магнитопроводы образуют каркасы катушек статорной обмотки и, одновременно, их полюсные выступы. Каркасы-магнитопроводы смежных катушек также должны сопрягаться между собой с минимальными зазорами. Такое исполнение каркасов в виде индивидуальных магнитопроводов для каждой катушки статорной обмотки сокращает до минимума саму причину возникновения вихревых токов и высокочастотных гармоник. В лотках-магнитопроводах 4 размещаются витки катушек 5, ось намотки которых совпадает с осью поперечного сечения силового кольца 3. Вся обмотка статора состоит из восемнадцати катушек (по шесть катушек на фазу). Выводы 7 обмотки статора через изоляторы 8 монтируются на обечайку 1.
Ротор состоит из центрального 9 и двух торцевых 10 и 11 индукторов, закрепленных на валу 6. Многополюсные сердечники 12 и 13 торцевых индукторов выполнены в виде ферромагнитного кольца с прорезанными в них двенадцатью пазами для размещения обмотки возбуждения. Пазы сердечников 12, 13 согласованы с пазами центрального индуктора 14, а сами индукторы скоммутированы таким образом, что в сечении полуплоскостью, началом которой является ось вращения ротора, их полюса одноименны. Сердечники 12 и 13 закреплены на валу 6 с помощью дисков 15 и 16, в свою очередь прикрепленных к втулкам 17 и 18, которые заштифтованы на валу 6. Вал 6 вращается на шарикоподшипниках 19 и 20, запрессованных в крышках 21 и 22, образующих совместно с обечайкой 1 корпус генератора. Выводы обмотки возбуждения припаяны к кольцам 23 и 24 коллектора. Подача напряжения возбуждения на индукторы ротора осуществляется через графитовые щетки 25 и 26 щеткодержателя 27.
Если силовое кольцо 3 сделать полым и снабдить входным и выходным штуцерами, его можно использовать для интенсивного охлаждения статора с обмоткой.
Генератор работает следующим образом. После подачи напряжения возбуждения и начала вращения ротора основная гармоника ЭДС индукции возникает в фазных обмотках статора в результате пересечения магнитных силовых линий многополюсных индукторов его катушками. Направление ЭДС в каждой из сторон треугольной катушки подчиняется правилу “правой руки” и при этом суммируется, а форма определяется изменением магнитной индукции в межполюсном пространстве индукторов. Магнитопроводы катушек статора выполняют роль усилителя их магнитной индукции и при появлении тока в фазных обмотках статора увеличивают его потокосцепление в μ раз.
Опытный образец предлагаемого трехфазного генератора на частоту 500 Гц был изготовлен на базе автомобильного генератора марки Г 273А У-ХЛ (с когтеобразными полюсами). Следует отметить, что это был более ранний вариант конструкции, в котором катушки статорной обмотки имеют не трех-, а четырехугольную форму, а ротор имеет только два торцевых индуктора, охватывающих большие стороны катушек статорной обмотки. Такая форма сопряжения статора и индукторов ротора обеспечили примерно восьмидесятипроцентный охват статорной обмотки, что определяет и соответствующий выигрыш в удельной мощности генератора.
Сравнительные результаты испытаний базового и опытного образцов приведены в таблице. Очевидно, что эффективность генератора, выполненного, например, согласно п.2 формулы, благодаря близкому к 100%-ому охвату его статорной обмотки индукторами ротора будет еще выше.
Показатели снимались при 5000 об/мин (f~500 Гц), нагрузка генераторов - активная, напряжение возбуждения поднималось до достижения токов в индукторах, близких к насыщению.
Литература
1. Василевский В.И., Кулеев Ю.А. Автомобильные генераторы. М., 1971 г.
2. Вольдек А.И. Электрические машины. Учебник. Л.: Энергия, 1978 г.
Claims (3)
1. Синхронная попеременно-полюсная машина, содержащая статор с многофазной обмоткой и размещенный по его оси многополюсный ротор-индуктор с обмоткой возбуждения, отличающаяся тем, что статорная обмотка выполнена в виде катушек с сердечниками, размещенных внутри фигуры вращения, осью намотки катушек статорной обмотки является ось поперечного сечения упомянутой фигуры вращения, а ротор выполнен из центрального и двух дополнительных торцевых индукторов, также образующих фигуру вращения, охватывающую статорную обмотку с рабочим зазором, при этом все три индуктора скоммутированы таким образом, что в сечении полуплоскостью, началом которой является ось вращения ротора, их полюса одноименны.
2. Синхронная попеременно-полюсная машина по п.1, отличающаяся тем, что сердечник катушки статорной обмотки выполнен в виде треугольника, составленного из лотков-магнитопроводов.
3. Синхронная попеременно-полюсная машина по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что лотки-магнитопроводы закреплены на полом кольце, прикрепленном к корпусу статора и снабженном подсоединительными штуцерами.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003103409/09A RU2233532C1 (ru) | 2003-02-06 | 2003-02-06 | Синхронная попеременно-полюсная машина |
PCT/RU2004/000026 WO2004070920A1 (fr) | 2003-02-06 | 2004-01-29 | Machine synchrone a poles alternes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003103409/09A RU2233532C1 (ru) | 2003-02-06 | 2003-02-06 | Синхронная попеременно-полюсная машина |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2233532C1 true RU2233532C1 (ru) | 2004-07-27 |
RU2003103409A RU2003103409A (ru) | 2004-08-20 |
Family
ID=32846753
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003103409/09A RU2233532C1 (ru) | 2003-02-06 | 2003-02-06 | Синхронная попеременно-полюсная машина |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2233532C1 (ru) |
WO (1) | WO2004070920A1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2488210C2 (ru) * | 2010-07-20 | 2013-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Генератор |
RU2494519C2 (ru) * | 2010-07-20 | 2013-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Синхронный генератор |
RU188885U1 (ru) * | 2018-12-27 | 2019-04-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ростовский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО РГУПС) | Ротор высокочастной электрической машины |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU871282A1 (ru) * | 1980-01-23 | 1981-10-07 | Физико-Энергетический Институт Ан Латсср | Синхронна переменнополюсна машина |
GB2205693B (en) * | 1987-06-08 | 1991-11-13 | Mitsuba Electric Mfg Co | Alternating current generator for automotive vehicles and method of manufacturing same |
RU94033275A (ru) * | 1994-09-12 | 1996-08-20 | Э.В. Ктричян | Синхронный генератор |
JP3186703B2 (ja) * | 1998-07-29 | 2001-07-11 | 株式会社デンソー | 車両用交流発電機 |
-
2003
- 2003-02-06 RU RU2003103409/09A patent/RU2233532C1/ru not_active IP Right Cessation
-
2004
- 2004-01-29 WO PCT/RU2004/000026 patent/WO2004070920A1/ru active Application Filing
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ВОЛЬДЕК А.И. Электрические машины. - Л.: Энергия, 1978, с.369. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2488210C2 (ru) * | 2010-07-20 | 2013-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Генератор |
RU2494519C2 (ru) * | 2010-07-20 | 2013-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Синхронный генератор |
RU188885U1 (ru) * | 2018-12-27 | 2019-04-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ростовский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО РГУПС) | Ротор высокочастной электрической машины |
RU188885U9 (ru) * | 2018-12-27 | 2019-08-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ростовский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО РГУПС) | Ротор высокочастотной электрической машины |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2004070920A1 (fr) | 2004-08-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102048601B1 (ko) | 향상된 영구 자석 자속밀도를 갖는 개선된 dc 전기 모터/발전기 | |
US11387692B2 (en) | Brushed electric motor/generator | |
US10476362B2 (en) | Multi-tunnel electric motor/generator segment | |
RU2303849C1 (ru) | Бесколлекторный синхронный генератор с постоянными магнитами | |
KR20190044634A (ko) | 개선된 다중 터널 전기 모터/발전기 | |
JPS63140647A (ja) | 全磁束可逆可変リラクタンスブラシレス装置 | |
US20050006978A1 (en) | Twin coil claw pole rotor with stator phase shifting for electrical machine | |
CA2024384A1 (en) | Double air gap alternator | |
RU2233532C1 (ru) | Синхронная попеременно-полюсная машина | |
KR102195432B1 (ko) | 일체형 전동-발전 장치 | |
KR20210029059A (ko) | 코일에 자체 유도된 전기가 인가된 전자석과 차폐 된 자석의 인력과 척력을 이용한 자동 회전 장치와 발전장치 | |
Shafiei et al. | Performance comparison of outer rotor permanent magnet Vernier motor for direct drive systems | |
RU2359392C1 (ru) | Коллекторная электрическая машина с полюсным якорем | |
KR20210074696A (ko) | 다단의 회전자를 구비한 고속 전동기 | |
RU2124799C1 (ru) | Самовозбуждающийся бесколлекторный генератор постоянного тока | |
RU2771993C2 (ru) | Электрическая машина с ротором, созданным по схеме Хальбаха | |
RU2254661C1 (ru) | Электрическая машина | |
RU2716815C1 (ru) | Улучшенный генератор на постоянном магните | |
CN209982197U (zh) | 一种同性极励磁电机 | |
US10523070B2 (en) | Rotor for rotary electric machine | |
RU2088027C1 (ru) | Трехфазный электродвигатель | |
SU1282271A1 (ru) | Синхронный бесконтактный генератор | |
WO1999019961A1 (en) | Brushless synchronous rotary electrical machine | |
RU2006100348A (ru) | Электрическая машина (варианты) | |
RU2244996C1 (ru) | Генератор переменного тока |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060207 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100207 |