SU1019545A1 - Unipolar electric machine - Google Patents

Unipolar electric machine Download PDF

Info

Publication number
SU1019545A1
SU1019545A1 SU823399305A SU3399305A SU1019545A1 SU 1019545 A1 SU1019545 A1 SU 1019545A1 SU 823399305 A SU823399305 A SU 823399305A SU 3399305 A SU3399305 A SU 3399305A SU 1019545 A1 SU1019545 A1 SU 1019545A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
rotor
slots
stator
current
distance
Prior art date
Application number
SU823399305A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Львович Алиевский
Анатолий Леонидович Гельфонд
Борис Наумович Гомберг
Адай Елевтаевич Кенжибаев
Валерий Борисович Метлин
Владимир Яковлевич Таубес
Original Assignee
Московский Ордена Ленина Авиационный Институт Им.Серго Орджоникидзе
Предприятие П/Я Г-4018
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Московский Ордена Ленина Авиационный Институт Им.Серго Орджоникидзе, Предприятие П/Я Г-4018 filed Critical Московский Ордена Ленина Авиационный Институт Им.Серго Орджоникидзе
Priority to SU823399305A priority Critical patent/SU1019545A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1019545A1 publication Critical patent/SU1019545A1/en

Links

Abstract

1. УНИПОЛЯРНАЯ МАШИНА, содержаща  ротор.с кольцевыми электродами токосъемиых узлов и статор с центральным и боковыми полюсами,  рмом, катушками возбуждени  и токосъемными узлами, отличающа с  тем,что, с целью улучшени  массо-габаритных и энергетиа ческих показателей машины путем предотвращени  насыщени  магнитопровода полем  кор , в центральном полюсе статора и в роторе выполнены сквозные прорези, проход щие через ось, и осевой размер прорезей ротора больше рассто ни  мехду токосъемными узлами, но меньшей длины цилиндра ротора, а осевой размер прорезей статора не меньше рассто ни  между токосьемными узлами, при этом числа прорезей в роторе и статоре больше двух и не имеют обших делителей, кроме единицы. 2. Мгииина по п. 1, отличающа с  тем, что в роторе выполнены дополнительные несквозные (О прорези, расположенные между сквозными прорез ми. i.СО ел iU СП1. A UNIPOLAR MACHINE containing rotor with ring electrodes of current collecting components and a stator with central and side poles, a housing, excitation coils and current collecting nodes, in order to improve the machine’s mass and energy parameters by preventing the magnetic conductor from saturating The crustal field, through the central pole of the stator and in the rotor are made through slots passing through the axis, and the axial size of the rotor slots is greater than the distance of current-collecting nodes, but shorter than the length of the rotor cylinder, and the axial size of the stator slots is not less than the distance between the current-node nodes, while the number of slots in the rotor and stator is more than two and does not have common dividers, except one. 2. Migiyina according to claim 1, characterized in that additional non-through holes are made in the rotor (About the slits located between the through slits. I.CO ate iU SP

Description

Изобретение относитс  к электри ческим машинам посто нного тока/ а именно к унипол рным машинам (УМ Эти машины используютс  в электромеханических установках тока в качестве генераторов, а также в системах низкого напр жени  в качеств двигателей. Дл  УМ характерны большие токи  кор , магнитное поле которых (поцеренна  реакци   кор ) про вл етс  в сильном насышении магнитопровода , отрицательно вли ющем на массо-габаритные и энергетические показатели этих машин из-за необходимости увеличивать сазмеоы магн топровода и катушек возбуждени  и из-за возрастани  потребл емой мощности навозоуждение. Известна конструкци  УМ,позвол юша  снизить продольно-размагничивающий эффект поперечной реакц  кор  за счет применени  р да равно мерно распределенных по окружности немагнитных провод щих вставок в ро . Недостатки этой конструкции УМ то т в том, чтоf вставки существенн не доход т до оси ротора, а это при водит к насыщению его центральной ч ти полем  кор ; вставки установлены под углбм к радиусу, поэтому изгото ление ротора вызывает технологическ трудности; статор не имеет вставок или компенсационных шин и подвержен насыиению полем  кор . Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому  вл етс  УМ с немагнитной вставкой, проход щей чере ось вращени  ротота, выполненного из ферромагнитных полуцилиндров 2 В известной УМ снижено насыщение ро тора (и его центральной части включительно ) , так как вставка проходит через весь диаметр. Вставка имеет прот женность вдоль всей осевой длины цилиндра, поэтому ротор выполнен из двух отдельных частей, ст нутых кольцевыми бандажс1мй. Данный ротор имеет низкую прочность, что ограничивает его применение только типом тихоходных УМ; дл  быстроходных УМ с высокими окружными- скорост ми такой ротор не пригоден . Статор известной УМ насыщеи поперечны / полем  кор , что ос аб .л ет рабочий магнитный поток возбуж дени  и снижает ЭДС машины. Кроме того, при больших токах  кор  одной немагнитной вставки, раздел ющей полуцилиндры,может оказатьс  недостаточно дл  необходимого уменьшени  насыщени  ротора нолем  кор . Цель изобретени  - улучшение массо-габаритных и энергетических показателей УМ путем снижени  насыщени  ротора и статора поперечным магнитным полем  кор . Указанна  цель достигаетс  тем, что в унипол рной машине, содержащей ротор с кольцевыми электродами токооемных узлов и статор с централь ным и боковыми полюсами,  рмом,катушками возбуждени  и токосъемными узлами, -в центральном полюсе статора и в роторе выполнены сквозные прорези, проход щие через центральную ось, и осевой размер прорезей ротора больше рассто ни  между токосъемными узлами, но меньше длины цилиндра ротора, а осевой размер прорезей в статоре не меньше рассто ни  между токосъемными узлами, при этом числа прорезей в роторе и статоре больше двух и не имеют общих делитётелей , кремле единицы. В роторе также могут быть допол-. нительно выполнены несквозные прорез .и, расположенные между сквозными прорез ми. Дл  увеличени  jripp4HocTH ротора кольцевые электроды токосъемных узлов служат бандажами.Возможно тгкже заплавление прорезей немагнит ным металлом или сплавом. На фиг. 1 схематично показана УМ, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, поперечное сечение. УМ содержит цилиндрический ротор 1 из ферромагнитного материала, токосъемы 2,3 и статор, включающий сдвоен ный средний полюс 4 с  рмами 5,6 и два боковых полюса 7, 8 из ферромагнитного материала, а также катушки 9 и 10 возбуждени . Детали 1, 4 - 8 образуют магнитопровод машины. Ротор имеет кольцевые электроды 11 и 12 токосъемкых узлов и вал 13, который может изготавливатьс  с ротором как одно целое. Вал установлен в подшипниках 14 и 15. В средней части ротора 1 выполнено несколько равномерно расположенных сквозных диайиетральных прорезей 16,осева  прот женность которых превышает рассто ние между плоское-  ми токосъемов, но меньше длины цилиндра ротора. Кольцевые электроды 11, 12 служат бандажами цилиндра ротора. Ротор может быть снабжен дополнитель г. ными несквозными прорез ми 17, расположенными между прорез ми 16 (фиг.2). Сквозные радиальные прорези 18 в статоре , проход щие в его среднем полюсе 4 и  рмах 5 и 6, имеют осевую прот женность не меньше рассто ни  между плоскост ми токосъемов. Прорези 16. 17 и 18 могут быть заплавлены немагнитным металлом (сплавом) или заполнены укрепленными в них немагнитными вставками. При работа УМ ротор 1 пересекает продольный рабочий магнитный поток возбуждени  Фо, создаваемый катушками 9,10 и навод щий в роторе ЭДС.В режиме нагрузки по цепи  кор  через подвижные токосъемы 2 и 3 протекает ток Зд , обслуживающий поперечный магнитный поток реакции  кор . Линии этого потока .замйкаютс  по концентрическим окружност м в статоре () и роторе { (pj) } в плоскост х, ортогонёшьных к ПЛОСКОСТЯМ линий потока катушек возбужедени  (фиг.2). Магнитный поток реа.кции  кор  может также замыкатьс  в роторе в пределах каждого секгора (Ф1,р). При наличии. дополнительный прорезей 17 по витс  ток ). Прорези (или немагнитные вставки) существенно увеличивают магнитное сопротивление потокам , тем . самым уменьша  их и предотвраща  насыщение ими соответствутощих участков ротора и статора. Поток также сни жаетс  с увеличением числа диаметрал ных прорезей в роторе. При наличии д полнительных прорезей суммарный пото , в каждом секторе роторафдр+ф р. будет еюе меньше. Осева  прот женность про , резей в статоре равна рассто нию меж ду плоскост ми токосъемов, т.е. определ етс  длиной среднего полюса и участков двух  рм, подверженных насыщаему магнитному воздействию пол   кор , или больше этого рассто ни . Осева  прот женность прорезей в роторе теоретически должна быть переменной , уменьша сь к периферии в сютветствии с картиной распределени  (растекани ) тока J в массиве цилиндра ротора. Изготовление прорезей переменной прот женности по радиусу на практике технологически затруднительно, поэтому длина прорезей в периферийной части ротора увеличена (по сравнению с теорет чески необходимой их длиной), и в пределах всего диаметра имеют посто нную осевую прот женность , котора  больше рассто ни  между плоскост ми токосъемников,но меньше длины цилиндра ротора. Така  конструкци  ротора позвол ет выполнить его как одно целое. Эти роторы допустимо примен ть в быстроходнь УМ. Определенный выбор числа nlpopeзей в роторе и статоре, заключающий в , чтобы эти числа не имели, общи делителей, кретие единицы, значительно снижает пульсации потока возбуждени , св занные с периодическим H3N.3HeHHeM магнитной проводимости воздушного зазора под средним полюсом УМ из-за вли ни  прорезей. При произвольных числах прорезей в роторе и статоре, например, равных или кратных, могут возникать большие пульсации, которые обусловили бы потери мощности в стали магнитопровода, а также наличие переменных составл ющих в ЭДС  кор . На практике, в некомпенсированной УМ при обычных плотност х тока в  коре (больше 0,5 А/мм ) напр женность поперечного магнитного пол   кор  существенно превышает напр женнпсттг аР1Очего пол  катУшек возбуждени . Поэтому уменьшение пол   кор , за счет оационально конфигуоации прорезей в статоре и роторе обеспечивает приблизительно пропорциональное уменьшение сечени  катушек и мощности возбуждени  , а также соответственное уменьшение размеров магнитопровода. Это приводит к снижению габаритов и масс л маизины и повышение ее КПД. Согласно приближенной оценке при наличии п полных радиальных прорезей в роторе напр женность пол   кор  уменьшаетс  в (1 п/д;) раз. Сравнение предложенной .машины с базовым объектом-машиной с ГУ 160-24 У4 (изготовитель - завод УЭТМ) показывает , что дл  уменьшени  пол   кор  до величины рабочего пол  требуетс  9 радиальных прорезей в статоре и 4 диаметральных прорезц, в роторе.Это позволит увеличить магнитную ИНДУКЦИЮ рабочего; пол  с 1 т до 1,25 Т и соответственно уменьшить сечени  магнитопровода и 1 1тушек возбуждени . При этом потери мс цности на возбуждение сократ тс  приблизительно в 2,5 раза . В результате наружнЕлй диаметр машины уменьшитс  на 10,5%, массана 20%, а КПД увеличитс - на 0,2%. Ожидаемый экономический эффект обусловлен улучшением массо-габаритных показателей и составит более 20% от стоимости основных материалов и затрат на изготовление машины .The invention relates to electric machines of direct current / namely, to unipolar machines. (UM. These machines are used in electromechanical current installations as generators, as well as in low voltage systems as motors. UM is characterized by high core currents whose magnetic field (posed reaction of the core) manifests itself in a strong increase in the magnetic circuit, which negatively affects the mass and energy performance of these machines due to the need to increase the magnet current and the coils of the excitation Known for the design of the PA, allowing ush to reduce the longitudinal demagnetizing effect of the transverse core reaction due to the use of a number of uniformly distributed circumferentially nonmagnetic conductive inserts in the po. The disadvantages of this PA design are that the inserts are substantially not reaching the rotor axis, and this leads to saturation of its central part with the field of the core; the inserts are set under the angle of the radius, therefore, the manufacture of the rotor causes technological difficulties; the stator has no inserts or compensation tires and is subject to saturation by the field of the core. The closest in technical essence and the achieved result to the proposed is a PA with a non-magnetic insert, passing through the axis of rotation of a rotota made of ferromagnetic semicylinders 2 In the well-known PA, the rotor saturation (and its central part inclusively) is reduced, since the insert passes through diameter. The insert has a length along the entire axial length of the cylinder; therefore, the rotor is made of two separate parts, which are assembled by annular bandages. This rotor has a low strength, which limits its application only to the type of low-speed MIND; for high-speed AM with high peripheral speeds, such a rotor is not suitable. The stator of a known PA is saturated by a transverse / field of core, which is ab abl lt the working magnetic flux of excitation and reduces the emf of the machine. In addition, at high currents, the core of one non-magnetic insert separating the semicylinders may not be enough to reduce the saturation of the rotor with the required core. The purpose of the invention is to improve the mass-dimensional and energy indices of the MIND by reducing the saturation of the rotor and stator with the transverse magnetic field of the core. This goal is achieved by the fact that in a unipolar machine containing a rotor with annular electrodes of current-collecting components and a stator with central and side poles, a stern, excitation coils and collectors, in the central pole of the stator and in the rotor there are through-slots passing through the central axis and the axial size of the rotor slots are longer than the distances between the current-collecting nodes, but less than the length of the rotor cylinder, and the axial dimensions of the slots in the stator are not less than the distance between the current-collecting nodes, while the number of slots in the roto Re and stator more than two and do not have common dividers, Kremlin units. In the rotor can also be additional-. The blind cuts are well made, and located between the through slits. To increase the jripp4HocTH of the rotor, the ring electrodes of the collector units serve as bandages. It is possible to weld the slots with a nonmagnetic metal or alloy. FIG. 1 schematically shows the MIND, longitudinal section; in fig. 2 is the same cross section. The AM contains a cylindrical rotor 1 made of ferromagnetic material, current collectors 2.3 and a stator, including a double middle pole 4 with rm 5.6 and two side poles 7, 8 made of ferromagnetic material, as well as excitation coils 9 and 10. Details 1, 4 - 8 form the magnetic circuit of the machine. The rotor has annular electrodes 11 and 12 of current-collecting assemblies and a shaft 13, which can be manufactured as one unit with the rotor. The shaft is mounted in bearings 14 and 15. In the middle part of the rotor 1, there are several evenly spaced through diieter slots 16, the axial extent of which exceeds the distance between the flat collectors, but less than the length of the rotor cylinder. The ring electrodes 11, 12 serve as rotor cylinder bandages. The rotor can be provided with additional non-through cuts 17 located between the cuts 16 (Fig. 2). The through radial slots 18 in the stator, passing in its middle pole 4 and 3 and 5, have an axial extension not less than the distance between the current collection planes. Slots 16. 17 and 18 can be fused with a non-magnetic metal (alloy) or filled with non-magnetic inserts fixed in them. During operation of the MIND, the rotor 1 crosses the longitudinal working magnetic flux of the Fo, generated by the coils 9, 10, and causes an emf in the rotor. The lines of this flow are fixed along concentric circles in the stator () and rotor {(pj)} in planes orthogonal to the PLANE of flow lines of the excitation coils (FIG. 2). The magnetic flux of the reactivity of the core can also be closed in the rotor within each section (F1, p). In the presence of. additional slots 17 for Vits current). Slots (or non-magnetic inserts) significantly increase the magnetic resistance to flows, so. by reducing them and preventing them from saturating the corresponding sections of the rotor and stator. The flow also decreases with an increase in the number of diameters of the slots in the rotor. In the presence of d additional slots, the total flow in each sector is rotorafdr + f p. It will be less. The axial extension of the protrusion in the stator is equal to the distance between the current collection planes, i.e. is determined by the length of the middle pole and areas of two mm exposed to the saturating magnetic effect of a field of core, or more than this distance. The axial length of the slots in the rotor should theoretically be variable, reducing to the periphery in accordance with the pattern of distribution (spreading) of current J in the rotor cylinder array. The manufacture of slots of variable length along the radius is technologically difficult in practice, therefore the length of the slots in the peripheral part of the rotor is increased (as compared to their theoretically required length), and within the entire diameter have a constant axial extent that is greater than the distance between the planes. current collectors, but less than the length of the rotor cylinder. Such a rotor design allows it to be made as one unit. These rotors are permissible to use in high-speed PA. The definite choice of the number of nlposes in the rotor and stator, implying that these numbers do not have common dividers, units, significantly reduces the pulsations of the excitation flow associated with the periodic H3N.3HeHHeM magnetic conductivity of the air gap under the middle pole of the MIND due to slits. With arbitrary numbers of slots in the rotor and stator, for example, equal or multiple, large pulsations can occur that would cause power losses in the steel of the magnetic core, as well as the presence of variable components in the EMF core. In practice, in an uncompensated PA with normal current densities in the cortex (greater than 0.5 A / mm), the strength of the transverse magnetic field of the core is much higher than the stress of the aP1 field of the excitation cores. Therefore, a reduction in the field of core, due to the configuration of the slots in the stator and the rotor, provides an approximately proportional reduction in the coil cross section and excitation power, as well as a corresponding reduction in the size of the magnetic core. This leads to a decrease in the size and mass of the maizene and an increase in its efficiency. According to an approximate estimate, if there are n total radial slots in the rotor, the strength of the floor core decreases by (1 p / d;) times. Comparison of the proposed machine with the base machine object with PG 160-24 V4 (manufacturer - UETM plant) shows that to reduce the field core to the size of the working field, 9 radial slots in the stator and 4 diametrically cutters in the rotor are required. This will increase the magnetic Worker induction; field from 1 ton to 1.25 T and, accordingly, reduce the cross sections of the magnetic circuit and 1 1 excitation bushes. In this case, the loss of ms of value per excitation decreases by approximately 2.5 times. As a result, the outer diameter of the machine will decrease by 10.5%, the mass will be 20%, and the efficiency will increase by 0.2%. The expected economic effect is due to the improvement of mass-dimensional indicators and will be more than 20% of the cost of basic materials and the cost of manufacturing the machine.

Claims (2)

1. УНИПОЛЯРНАЯ МАШИНА, содержащая ротор-с кольцевыми электродами токосъемных узлов и статор с центральным и боковыми полюсами, ярмом, катушками возбуждения и токосъемными узлами, о т лич a join а я с я тем,что, с целью улучшения массо-габаритных и энергети ческих показателей машины путем предотвращения насыщения магнитопровода полем якоря, в центральном полюсе статора и в роторе выполнены сквозные прорези, проходящие через ось, и осевой размер прорезей ротора больше расстояния между токосъемными узлами, но меньшей длины цилиндра ротора, а осевой размер прорезей статора не меньше расстояния между токосъемными узлами, при этом числа прорезей в роторе и статоре больше двух и не имеют обших делителей, кроме единицы.1. UNIPOLAR MACHINE, containing a rotor with ring electrodes of collector assemblies and a stator with central and side poles, a yoke, excitation coils and collector assemblies, a join me in order to improve the overall dimensions and energy The machine’s performance by preventing saturation of the magnetic circuit with the armature field, through slots passing through the axis are made in the central pole of the stator and in the rotor, and the axial size of the rotor slots is greater than the distance between the collector assemblies, but smaller than the length of the rotor cylinder, and The howl size of the stator slots is not less than the distance between the collector units, while the number of slots in the rotor and stator is more than two and do not have common dividers, except for one. 2. Машина поп. 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что в роторе выполнены дополнительные несквозные прорези, расположенные между сквозными прорезями.2. Machine pop. 1, with the fact that the rotor is made with additional non-through slots located between the through slots. Фи/ со СП 4* слFi / with SP 4 * SL
SU823399305A 1982-02-22 1982-02-22 Unipolar electric machine SU1019545A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU823399305A SU1019545A1 (en) 1982-02-22 1982-02-22 Unipolar electric machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU823399305A SU1019545A1 (en) 1982-02-22 1982-02-22 Unipolar electric machine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1019545A1 true SU1019545A1 (en) 1983-05-23

Family

ID=20998325

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU823399305A SU1019545A1 (en) 1982-02-22 1982-02-22 Unipolar electric machine

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1019545A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4710665A (en) * 1986-09-29 1987-12-01 Westinghouse Electric Corp. Homopolar dynamoelectric machine with self-compensating current collector
US4716328A (en) * 1986-01-02 1987-12-29 General Electric Company Magnetic field compensated liquid metal current collector for acyclic generator

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Патент US 3.383.532. кл. 310-102, 1968. ;}2. Авторское свидетельство СССР 156219, кл. Н 02 К 31/00,1961. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4716328A (en) * 1986-01-02 1987-12-29 General Electric Company Magnetic field compensated liquid metal current collector for acyclic generator
US4710665A (en) * 1986-09-29 1987-12-01 Westinghouse Electric Corp. Homopolar dynamoelectric machine with self-compensating current collector

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6879075B2 (en) Trapezoidal shaped magnet flux intensifier motor pole arrangement for improved motor torque density
US5731647A (en) Hybrid-energized synchronous electric machine
US4385251A (en) Flux shield for an inductor-alternator machine
US3743873A (en) Synchronous electric machine
EP0495582A2 (en) High efficiency, low reactance disk-type machine including a rotor and stator
US4538086A (en) Stator for an electromagnetic machine
US3849682A (en) Permanent magnet rotor for alternating current generators and motors
US4308479A (en) Magnet arrangement for axial flux focussing for two-pole permanent magnet A.C. machines
US2193406A (en) Dynamo-electric machine
US3529191A (en) Homopolar machine having disklike rotor
US4602179A (en) Homopolar dynamoelectric machine with an auxiliary field coil
US2450982A (en) Dynamoelectric machine
US20240106308A1 (en) Axial flux machine manufacture
US3243621A (en) Compact turbo-inductor alternator
USRE31950E (en) Alternating current generators and motors
US2525455A (en) Rotor for synchronous induction motors
US4710660A (en) Solenoidal homopolar generator
SU1019545A1 (en) Unipolar electric machine
US4668886A (en) Eddy current retarders
US3284651A (en) Compact inductor alternator
US4710665A (en) Homopolar dynamoelectric machine with self-compensating current collector
US3495112A (en) Low-speed synchronous motor
NL6913200A (en)
US3525007A (en) Axial air-gap machines having means to reduce eddy current losses in the armature windings
US3697791A (en) Rotor for dynamoelectric machines