RU2603360C1

RU2603360C1 - Synchronous electromechanical energy converter of inverted structure

Info

Publication number: RU2603360C1
Application number: RU2015117034/07A
Authority: RU
Inventors: Флюр Рашитович Исмагилов; Ирек Ханифович Хайруллин; Вячеслав Евгеньевич Вавилов; Александр Михайлович Леонтьев
Priority date: 2015-05-05
Filing date: 2015-05-05
Publication date: 2016-11-27

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, specifically to magnetoelectric machines. Synchronous electromechanical energy converter of inverted structure comprises a shaft, rotating stator, on which there is a winding, rotating transformer having primary circuit with winding and core and a secondary circuit with winding and core; on shaft there is a primary circuit with winding of rotary transformer, wherein stator winding leads are connected to leads of rotary transformer by buses; space between rotating transformer and rotating stator is filled with a heat-conducting compound. Secondary circuit with winding of rotary transformer is installed on fixed housing.

EFFECT: technical result consists in increase of efficiency of synchronous electromechanical energy converter, higher reliability with minimum weight and dimensions due to inverted structure.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в магнитоэлектрических машинах, применяемых в современных установках автономной энергии.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in magnetoelectric machines used in modern installations of autonomous energy.

Известна бесконтактная электрическая машина (патент РФ 2406212 С2, Н02K 21/20, 20.02.2010), содержащая ротор в виде явно полюсного индуктора, у которого ось симметрии от полюса N к полюсу S совпадает с осью вращения ротора, и статор с проводниками, расположенными на внутренней поверхности статора вдоль его цилиндрических образующих, проводники разбиты на две группы, в одной из которых проводники расположены вокруг полюса индуктора с полярностью N, а в другой - вокруг полюса индуктора с полярностью S. Проводники одной группы расположены зеркально-симметрично по отношению к проводникам другой группы, то есть так, что начала (концы) активной части проводников расположены вблизи крышек машины, а их концы (начала) - вблизи центральной части статора. Вал машины и ее боковые крышки могут быть выполнены из немагнитных материалов.A non-contact electric machine is known (RF patent 2406212 C2, Н02K 21/20, 02/20/2010), containing a rotor in the form of a clearly pole inductor, in which the axis of symmetry from pole N to pole S coincides with the axis of rotation of the rotor, and the stator with conductors located on the inner surface of the stator along its cylindrical generators, the conductors are divided into two groups, in one of which the conductors are located around the pole of the inductor with polarity N, and in the other around the pole of the inductor with polarity S. The conductors of one group are mirror-symmetric but with respect to the conductors of the other group, that is, so that the beginning (ends) of the active part of the conductors located near the machine covers and the ends (start) - near the center of the stator. The machine shaft and its side covers can be made of non-magnetic materials.

Недостатками такой конструкции являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные малой быстроходностью электрической машины, а также низкое значение КПД, недостаточная надежность конструкции и высокие массогабаритные показатели.The disadvantages of this design are the limited functionality due to the low speed of the electric machine, as well as a low value of efficiency, insufficient reliability of the design and high overall dimensions.

Известна бесконтактная синхронная электрическая машина (патент РФ 2091965 C1, Н02K 19/38, 27.09.1997), содержащая статор, ротор, на статоре якорную обмотку и обмотку возбуждения возбудителя, а на роторе систему возбуждения, выполненную как минимум из двух обмоток, соединенных между собой электрически. Отличительной особенностью является то, что каждая обмотка системы возбуждения выполнена по меньшей мере из двух частей, соединенных между собой через переключающие устройства, например диоды, с возможностью их включения последовательно или параллельно. При этом одноименные зажимы частей обмоток системы возбуждения, не имеющие связи с разноименными зажимами других частей данных обмоток через переключающее устройство, соединены между собой электрически.A non-contact synchronous electric machine is known (RF patent 2091965 C1, Н02K 19/38, 09/27/1997), containing a stator, a rotor, an anchor winding and an exciter winding on the stator, and an excitation system on the rotor made of at least two windings connected between by itself electrically. A distinctive feature is that each winding of the excitation system is made of at least two parts interconnected via switching devices, such as diodes, with the possibility of their inclusion in series or in parallel. In this case, the same clamps of the parts of the windings of the excitation system, not connected with the opposite clamps of the other parts of these windings through the switching device, are interconnected electrically.

Известна конструкция сверхпроводящей бесконтактной синхронной машины (патент US 4352033 C1, Н02K 9/19, 1982 г.), содержащая статор, ротор, на статоре якорную обмотку и обмотку возбуждения возбудителя, а на роторе систему возбуждения, выполненную в виде многофазной обмотки.A known design of a superconducting non-contact synchronous machine (patent US 4352033 C1, Н02K 9/19, 1982), containing a stator, a rotor, an anchor winding and an exciter winding on the stator, and an excitation system made on the rotor in the form of a multiphase winding.

Известен бесконтактный синхронный генератор (А.С. СССР №169658, Н02K 19/38, 1955), содержащий статор, ротор, на статоре основную и дополнительную обмотки, а на роторе обмотку возбуждения, питаемую от дополнительной роторной обмотки через полупроводниковые выпрямители, с целью упрощения и уменьшения расхода активных материалов, указанная дополнительная обмотка статора питается от основной статорной обмотки через линейный дроссель, осуществляющий фазовое компаундирование совместно с токовой обмоткой, расположенной на статоре.A non-contact synchronous generator is known (AS USSR No. 169658, Н02K 19/38, 1955) containing a stator, a rotor, a main and an additional winding on the stator, and an excitation winding, fed from an additional rotor winding through semiconductor rectifiers, on the rotor, with the aim of To simplify and reduce the consumption of active materials, the specified additional stator winding is powered from the main stator winding through a linear inductor, which carries out phase compounding together with the current winding located on the stator.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому результату является конструкция бесконтактной синхронной машины с вращающимися выпрямителями (Д.А. Бут. Бесконтактные электрические машины // М. - Высшая школа. - 1990 г. - с. 108), содержащая вал, статор с пазами, ротор, насаженный на вал, основную обмотку, уложенную в пазах статора, на роторе расположена обмотка возбуждения, электрически соединенная через блок вращающихся выпрямителей со вторичной обмоткой вращающегося трансформатора, уложенной в подвижном магнитопроводе, насаженном на валу, первичную обмотку вращающегося трансформатора, уложенную в неподвижном магнитопроводе, установленном в корпусе концентрично с воздушным зазором относительно подвижного магнитопровода.The closest to the claimed technical essence and the achieved result is the design of a contactless synchronous machine with rotating rectifiers (D.A. But. Contactless electric machines // M. - Higher School. - 1990 - p. 108), containing a shaft, a stator with grooves, a rotor mounted on a shaft, the main winding laid in the stator grooves, on the rotor is an excitation winding, electrically connected through a block of rotating rectifiers with a secondary winding of a rotating transformer laid in a movable magnetic circuit, on mounted on the shaft, the primary winding of a rotating transformer, laid in a fixed magnetic circuit installed in the housing concentrically with an air gap relative to the movable magnetic circuit.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей, увеличение КПД, эффективности, надежности и получение минимальных массогабаритных показателей за счет обращенной конструкции.The objective of the invention is the expansion of functionality, increased efficiency, efficiency, reliability and obtaining minimum weight and size indicators due to the inverse design.

Технический результат - увеличение КПД синхронного электромеханического преобразователя энергии, увеличение надежности при минимальных массогабаритных показателях за счет обращенной конструкции.The technical result is an increase in the efficiency of a synchronous electromechanical energy converter, an increase in reliability with minimum weight and size indicators due to the inverse design.

Поставленная задача достигается тем, что в синхронном электромеханическом преобразователе энергии, содержащем вал, статор с пазами, ротор, основную обмотку, уложенную в пазах статора, вращающийся трансформатор, отличающийся тем, что статор выполнен подвижным и насажен на вал, при этом выводы обмотки статора соединены с выводами вращающегося трансформатора, при этом диаметр подвижного магнитопровода вращающегося трансформатора равен диаметру ротора, а диаметр расточки неподвижного магнитопровода вращающегося трансформатора равен диаметру расточки статора, свободное пространство между вращающимся трансформатором и вращающимся статором залито теплопроводящим компаундом с целью повышения механической прочности конструкции.The problem is achieved in that in a synchronous electromechanical energy converter containing a shaft, a stator with grooves, a rotor, a main winding laid in the stator grooves, a rotating transformer, characterized in that the stator is movable and mounted on the shaft, while the stator winding leads are connected with the terminals of the rotating transformer, the diameter of the moving magnetic core of the rotating transformer is equal to the diameter of the rotor, and the diameter of the bore of the stationary magnetic core of the rotating transformer is meter of the stator bore, the free space between the rotating transformer and the rotating stator is flooded with a heat-conducting compound in order to increase the mechanical strength of the structure.

Основные преимущества предложенной обращенной конструкции синхронного электромеханического преобразователя энергии заключаются: в высоком КПД и уменьшенном нагреве из-за отсутствия потерь на возбуждение и в скользящем контакте; в увеличенном кинетическом моменте ротора; меньших по величине радиопомехах благодаря отсутствию скользящих контактов; малой постоянной времени; минимальном воздушном зазоре, а, следовательно, и максимальной индукции в нем благодаря отказу от бандажной оболочки ротора; минимальных массогабаритных показателях.The main advantages of the proposed reversed design of a synchronous electromechanical energy converter are: in high efficiency and reduced heating due to the absence of excitation losses and in the sliding contact; in the increased kinetic moment of the rotor; smaller radio interference due to the absence of sliding contacts; low time constant; the minimum air gap, and, consequently, the maximum induction in it due to the rejection of the retaining shell of the rotor; minimum overall dimensions.

Существо изобретения поясняется чертежом. На чертеже изображена схема устройства.The invention is illustrated in the drawing. The drawing shows a diagram of the device.

Устройство содержит вал 1, вращающийся статор 2, на котором расположена обмотка 3. Вращающий трансформатор содержит первичную цепь 4 с обмоткой и сердечником и вторичную цепь 5 с обмоткой и сердечником. На сердечник 1 устанавливается первичная цепь 4 с обмоткой вращающегося трансформатора, при этом выводы обмотки статора соединены с выводами вращающегося трансформатора проводами 6. Свободное пространство между вращающимся трансформатором и вращающимся статором 2 залито теплопроводящим компаундом 7. Вторичная цепь 5 с обмоткой вращающегося трансформатора устанавливается на неподвижном корпусе. Постоянные магниты фиксируются на неподвижном роторе 8.The device comprises a shaft 1, a rotating stator 2, on which the winding 3 is located. The rotary transformer contains a primary circuit 4 with a winding and a core and a secondary circuit 5 with a winding and a core. A primary circuit 4 with a winding of a rotating transformer is installed on the core 1, while the terminals of the stator winding are connected to the terminals of the rotating transformer by wires 6. The free space between the rotating transformer and the rotating stator 2 is filled with a heat-conducting compound 7. Secondary circuit 5 with the winding of a rotating transformer is mounted on a fixed housing . Permanent magnets are fixed on a stationary rotor 8.

При работе электрической машины статор 2 вращается в магнитном поле. Электрическая энергия, вырабатываемая статором 2, питает первичную обмотку 4 трансформатора переменным током, образуя переменный магнитный поток, замыкающийся через сердечник 1 ротора 8 и статора 2. Этот поток наводит ЭДС во вторичной обмотке 5, подключаемой к основной обмотке возбуждения. Далее электрическая энергия поступает к потребителю.When operating an electric machine, the stator 2 rotates in a magnetic field. The electric energy generated by the stator 2 feeds the primary winding 4 of the transformer with alternating current, forming an alternating magnetic flux that closes through the core 1 of the rotor 8 and stator 2. This flow induces an EMF in the secondary winding 5 connected to the main excitation winding. Further, electric energy is supplied to the consumer.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет достичь наибольших значений КПД и надежности при минимальных массогабаритных показателях за счет обращенной конструкции синхронного электромеханического преобразователя энергии.Thus, the claimed invention allows to achieve the highest values of efficiency and reliability with minimal overall dimensions due to the inverted design of a synchronous electromechanical energy converter.

Claims

The device is a synchronous electromechanical energy converter with a reversed design, containing a shaft, a stator with grooves, a rotor, a main winding laid in the grooves of the stator, a rotating transformer, characterized in that the stator is mounted on the shaft, while the terminals of the stator winding are connected to the terminals of the rotating transformer, the diameter of the moving magnetic core of a rotating transformer is equal to the diameter of the rotor, and the diameter of the bore of the stationary magnetic core of a rotating transformer is equal to the diameter of the stator bore, s rim space between the rotating rotary transformer and stator is filled with a thermally conductive compound to improve the mechanical strength of the structure.