RU54471U1

RU54471U1 - SIDE SYNCHRONOUS ELECTRIC GENERATOR WITH EXCITATION FROM PERMANENT MAGNETS

Info

Publication number: RU54471U1
Application number: RU2005137478/22U
Authority: RU
Inventors: Валерий Павлович Шишкин; Александр Владимирович Трофимов; Владимир Петрович Яблоков
Priority date: 2005-12-01
Filing date: 2005-12-01
Publication date: 2006-06-27

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам, и касается усовершенствования конструкции синхронных генераторов торцевого типа, которые могут быть использованы преимущественно для получения электрической энергии в ветроэнергетических установках. Конструкция генератора содержит корпус, в котором размещены чередующиеся элементы электромагнитной системы (ротор-статор-ротор), выполненные в виде дисков, установленных на неподвижном валу, где диск статора жестко связан с последним, на дисках роторов закреплены постоянные магниты, а на диске статора - катушки, образующие его кольцевую обмотку с выводом ее концов через осевое отверстие в валу, где корпус состоит из двух щитов - переднего и заднего, установленных на валу в подшипниках, передний щит имеет крышку-вал, диски роторов закреплены на указанных выше щитах, диск статора закреплен на валу многолопастными звеньями с обеих сторон, где каждая лопасть размещена в технологическом зазоре между электрическими катушками. Достоинствами настоящего генератора являются: меньшие, по сравнению с известными машинами аналогичного типа той же мощности, массогабаритные показатели; надежность в эксплуатации; простота в изготовлении; высокий КПД; технологичность сборки-разборки генератора и его ремонтопригодность; возможность выполнять любых габаритов за счет крепления сердечника статора на неподвижном валу многолопастными звеньями с обеих сторон.The utility model relates to electrical engineering, namely to electrical machines, and relates to the improvement of the design of synchronous end-face generators, which can be used primarily to generate electrical energy in wind power plants. The design of the generator contains a housing in which alternating elements of the electromagnetic system (rotor-stator-rotor) are placed, made in the form of disks mounted on a fixed shaft, where the stator disk is rigidly connected to the latter, permanent magnets are fixed on the rotor disks, and on the stator disk coils forming its annular winding with the conclusion of its ends through an axial hole in the shaft, where the housing consists of two shields - front and rear, mounted on the shaft in bearings, the front shield has a shaft cover, rotor disks are fixed in the above boards, the stator disc is fastened on the shaft multi-blade units from both sides, wherein each blade is placed in the technological gap between the electrical coils. The advantages of this generator are: smaller, in comparison with known machines of a similar type of the same power, overall dimensions; reliability in operation; ease of manufacture; high efficiency; manufacturability of the assembly-disassembly of the generator and its maintainability; the ability to perform any size by fixing the stator core on a fixed shaft with multi-blade links on both sides.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам, и касается усовершенствования конструкции синхронных генераторов торцевого типа, которые могут быть использованы преимущественно для получения электрической энергии в ветроэнергетических установках.The utility model relates to electrical engineering, namely to electrical machines, and relates to the improvement of the design of synchronous end-face generators, which can be used primarily to generate electrical energy in wind power plants.

Известен синхронный электрогенератор с возбуждением от постоянных магнитов [1], выполненный по торцевому типу, содержащий статор, состоящий из двух частей с кольцевыми магнитопроводами, расположенными соосно и параллельно друг другу, между которыми помещен ротор.Known synchronous generator with excitation from permanent magnets [1], made on the end type, containing a stator, consisting of two parts with annular magnetic circuits, located coaxially and parallel to each other, between which the rotor is placed.

В используемой конструкции ротор выполнен в виде диска, на который с обеих его сторон закреплены постоянные магниты, вследствие чего возможно их перемагничивание с одной стороны на другую, что приводит к снижению характеристик постоянных магнитов, а, следовательно, уменьшению эффективности работы генератора.In the design used, the rotor is made in the form of a disk on which permanent magnets are fixed on both sides of it, as a result of which magnetization can be reversed from one side to the other, which leads to a decrease in the characteristics of permanent magnets, and, consequently, to a decrease in the efficiency of the generator.

Наиболее близким к заявляемому объекту является торцевой синхронный электрогенератор с возбуждением от постоянных магнитов [2], содержащий два ротора с постоянными магнитами и статор между ними с катушками, уложенными в радиальные пазы, находящимися на торцевой поверхности статора.Closest to the claimed object is a synchronous end generator with excitation from permanent magnets [2], containing two rotors with permanent magnets and a stator between them with coils laid in radial grooves located on the end surface of the stator.

Размещение катушек в пазах приводит к уменьшению рабочего зазора, что может привести к залипанию сердечника статора с постоянными магнитами, вследствие чего генератор становится The placement of coils in the grooves reduces the working gap, which can lead to sticking of the stator core with permanent magnets, as a result of which the generator becomes

неработоспособным. Применение пазов приводит к появлению нежелательных гармонических составляющих токов, индукции в зазоре, а, следовательно, к увеличению потерь и, соответственно, к уменьшению КПД генератора. Дисковые роторы связаны между собой силовыми шпильками, что уменьшает жесткость и надежность конструкции.unworkable. The use of grooves leads to the appearance of undesirable harmonic components of currents, induction in the gap, and, consequently, to an increase in losses and, consequently, to a decrease in the efficiency of the generator. Disk rotors are interconnected by power pins, which reduces the rigidity and reliability of the structure.

Технический результат заявляемого решения, в качестве полезной модели, заключается в устранении возможного залипания сердечника статора с постоянными магнитами, что обеспечит гарантированную работу генератора, и уменьшении потерь, а, следовательно, увеличении КПД за счет применения кольцевой обмотки статора. Данная модель имеет более жесткую конструкцию за счет соединения роторов между собой посредством крепления их к корпусу генератора, что повышает его надежность. Сердечник статора закреплен на неподвижном валу многолопастными звеньями с обеих сторон, что приводит к уменьшению массогабаритных показателей торцевого синхронного электрогенератора с возбуждением от постоянных магнитов и позволяет выполнить генератор с достаточно большими внутренним и внешним диаметрами. Предлагаемая модель позволяет обеспечить технологичность сборки-разборки генератора и его ремонтопригодность.The technical result of the proposed solution, as a useful model, is to eliminate the possible sticking of the stator core with permanent magnets, which will ensure guaranteed operation of the generator, and reduce losses, and, consequently, increase the efficiency due to the use of the ring stator winding. This model has a more rigid structure due to the connection of the rotors among themselves by fixing them to the generator housing, which increases its reliability. The stator core is mounted on a fixed shaft with multi-blade links on both sides, which leads to a decrease in the overall dimensions of the end-face synchronous generator with excitation from permanent magnets and allows the generator to be made with sufficiently large internal and external diameters. The proposed model allows to ensure the manufacturability of the assembly-disassembly of the generator and its maintainability.

Полезная модель предполагает наличие корпуса, в котором располагаются чередующиеся элементы электромагнитной системы (ротор-статор-ротор), которые выполнены в виде дисков и установлены на неподвижном валу. При этом статор жестко связан с последним. На дисках роторов закреплены постоянные магниты, а на диске статора - катушки, образующие его кольцевую обмотку с выводом ее концов через осевое отверстие в валу. Корпус состоит из двух щитов - переднего и заднего, установленных на валу в The utility model assumes the presence of a housing in which alternating elements of the electromagnetic system (rotor-stator-rotor) are located, which are made in the form of disks and mounted on a fixed shaft. In this case, the stator is rigidly connected with the latter. Permanent magnets are fixed on the rotor disks, and coils forming the ring winding with the conclusion of its ends through the axial hole in the shaft are fixed to the stator disk. The housing consists of two shields - front and rear, mounted on the shaft in

подшипниках. Передний щит имеет вал-крышку. Диски роторов закреплены на указанных выше щитах, а диск статора закреплен на валу многолопастными звеньями с обеих сторон, где каждая лопасть размещена в технологическом зазоре между электрическими катушками.bearings. The front shield has a shaft cover. The rotor disks are mounted on the shields indicated above, and the stator disk is mounted on the shaft with multi-blade links on both sides, where each blade is located in the technological gap between the electric coils.

На фиг.1 изображен генератор в продольном разрезе; на фиг.2 - статор (вид спереди).Figure 1 shows a generator in longitudinal section; figure 2 - stator (front view).

Генератор состоит из статора 1 и двух роторов 2. Сердечник статора выполнен в виде диска, получаемого путем навивки ленты из электротехнической стали на оправку, наружный диаметр которой равен внутреннему диаметру статора. Сердечник закреплен между многолопастными звеньями 3 с обеих сторон. Каждая лопасть размещена в технологическом зазоре между катушками 4 кольцевой обмотки. Многолопастные звенья закреплены между собой болтами. Их основания выполнены в виде втулок, которые насажены на неподвижный вал 5. Во избежание возможного проворачивания статора звенья зафиксированы шпонкой 6. Для устранения осевого перемещения статора одно многолопастное звено прижато к буртику вала, а другое зажато стальной втулкой 7, прикручиваемой к валу по окружности тремя болтами. Вал имеет осевое отверстие, через которое концы обмотки выведены на клеммную коробку.The generator consists of a stator 1 and two rotors 2. The stator core is made in the form of a disk obtained by winding a tape of electrical steel onto a mandrel, the outer diameter of which is equal to the inner diameter of the stator. The core is fixed between the multi-blade links 3 on both sides. Each blade is placed in the technological gap between the coils 4 of the annular winding. The multi-blade links are bolted together. Their bases are made in the form of bushings that are mounted on a fixed shaft 5. To avoid possible rotation of the stator, the links are fixed with a key 6. To eliminate the axial movement of the stator, one multi-blade link is pressed against the shaft shoulder, and the other is clamped by a steel sleeve 7, screwed to the shaft by three circles bolts. The shaft has an axial hole through which the ends of the winding are brought out to the terminal box.

Сердечники роторов выполнены из конструкционной стали, как и сердечник статора, в виде дисков, ширина которых равна длине постоянного магнита 8. Постоянные магниты представляют собой кольцевые секторы и приклеены к сердечнику. Ширина магнитов равна ширине катушек статора и приближена к величине полюсного деления. Их размеры ограничены только шириной лопасти, помещаемой между катушками обмотки статора. Сердечники присоединены The rotor cores are made of structural steel, like the stator core, in the form of disks whose width is equal to the length of the permanent magnet 8. Permanent magnets are ring sectors and are glued to the core. The width of the magnets is equal to the width of the stator coils and is close to the magnitude of the pole division. Their dimensions are limited only by the width of the blade placed between the coils of the stator winding. Cores attached

винтами с потайными головками к внутренней стороне подшипниковых щитов 9 и 10. Применение винтов с потайными головками уменьшает уровень шума при работе генератора. Щиты выполнены из алюминиевого сплава. Соединены между собой также при помощи винтов с потайными головками - один из щитов имеет специальные углубления, в которые впрессованы стальные гайки (для упрочнения соединения, так как алюминий - мягкий материал), в которые уже и вкручены винты. В щиты установлены подшипники 11 с постоянно заполненной смазкой и двумя защитными шайбами. Подшипниковый щит 9 имеет вал-крышку 12, выполненную из стали. Она выполняет в данном генераторе две функции: а) закрывает подшипник; б) принимает вращение привода. Вал-крышка прикреплена к подшипниковому щиту 9 болтами с внутренней его стороны.countersunk screws to the inside of the bearing shields 9 and 10. The use of countersunk screws reduces the noise level during generator operation. Shields are made of aluminum alloy. They are also interconnected by means of countersunk head screws - one of the shields has special recesses in which steel nuts are pressed in (to strengthen the connection, since aluminum is a soft material) into which the screws are already screwed. The shields are equipped with bearings 11 with constantly filled grease and two protective washers. The bearing shield 9 has a shaft-cover 12 made of steel. It performs two functions in this generator: a) closes the bearing; b) takes the rotation of the drive. The shaft cover is attached to the bearing shield by 9 bolts on its inside.

Работа данного генератора осуществляется следующим образом: привод передает крутящий момент через вал-крышку 12 всему корпусу, вследствие чего роторы приходят во вращение. Принцип же действия этого генератора аналогичен принципу действия известных синхронных генераторов: при вращении роторов 2 магнитное поле постоянных магнитов пересекает витки обмотки статора, изменяясь как по абсолютному значению, так и по направлению, и наводит в них переменную электродвижущую силу. Катушки обмотки соединяются последовательно таким образом, что их электродвижущие силы складываются. Генерируемое напряжение снимается с выводных концов обмотки, которые выходят на клеммную коробку через осевое отверстие в валу 5.The operation of this generator is as follows: the drive transmits torque through the shaft-cover 12 to the entire body, as a result of which the rotors come into rotation. The principle of operation of this generator is similar to the principle of the known synchronous generators: when the rotors 2 rotate, the magnetic field of the permanent magnets crosses the stator windings, changing both in absolute value and in direction, and induces a variable electromotive force into them. The winding coils are connected in series so that their electromotive forces add up. The generated voltage is removed from the output ends of the winding, which go to the terminal box through an axial hole in the shaft 5.

Данная конструкция генератора позволяет устранить возможное залипание сердечника статора с постоянными магнитами, а, следовательно, обеспечить гарантированную работу генератора; дает This design of the generator eliminates the possible sticking of the stator core with permanent magnets, and, therefore, ensure guaranteed operation of the generator; gives

возможность уменьшить пульсационные и поверхностные потери в стали за счет применения беспазового сердечника и кольцевой обмотки статора, вследствие чего увеличивается КПД. Также позволяет повысить надежность генератора из-за применения более жесткой конструкции (соединение роторов между собой посредством крепления их к корпусу генератора), уменьшить при той же мощности массогабаритные показатели и выполнять генератор любого габарита за счет крепления сердечника статора на неподвижном валу многолопастными звеньями с обеих сторон. Предлагаемая модель позволяет обеспечить технологичность сборки-разборки генератора и его ремонтопригодность.the ability to reduce ripple and surface losses in steel due to the use of a baseless core and the stator ring winding, resulting in increased efficiency. It also allows to increase the reliability of the generator due to the use of a more rigid structure (connecting the rotors to each other by attaching them to the generator body), to reduce weight and size indicators at the same power, and to perform a generator of any size by fixing the stator core on a fixed shaft with multi-blade links on both sides . The proposed model allows to ensure the manufacturability of the assembly-disassembly of the generator and its maintainability.

Claims

An end-face synchronous generator with excitation from permanent magnets, comprising a housing in which alternating elements of the electromagnetic system (rotor-stator-rotor) are placed, made in the form of disks mounted on a fixed shaft, where the stator disk is rigidly connected to the latter, constant disks are fixed on the rotor disks magnets, and on the stator disk - coils, forming its annular winding with the conclusion of its ends through an axial hole in the shaft, characterized in that the housing consists of two shields - front and rear, installed on and the shaft in bearings, the front shield has a shaft cover, the rotor disks are mounted on the shields indicated above, the stator disk is mounted on the shaft with multi-blade links on both sides, where each blade is located in the technological gap between the electric coils.