SU1713034A1 - Бесконтактна торцова синхронна машина - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электрическим машинам, а именно к бесконтактным торцовым синхронным машинам перемен- нополюсного типа. Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  и надежности путем снижени  массы ротора машины. Каждый диск ротора выполнен сдополнительным сердечником. На сердечнике размещены полюса первой магнитной системы, которые образуют радиальные зазоры с внутренней поверхностью наружного сердечника диска ротора. Полюсы второй системы примыкают к указанной поверхности. В индукторе размещен дополнительный кольцевой элемент, образующий аксиальный зазор с торцовой поверхностью дополнительного сердечника каждого диска ротора. Неподвижный кольцевой источник потока возбуждени  может быть выполнен в виде двух коаксиальных катушек, разделенных дополнительным кольцевым элементом индуктора, который выполнен из магнитотвердого материала и намагничен в аксиальном направлении. Кроме того, индуктор может быть выполнен с кольцевым посто нным магнитом, намагниченным в аксиальном направлении. Магнит установлен с аксиальным зазором с торцовой поверхностью дополнител11ного сердечника каждого диска ротора. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.^чк«<в

Description

Изобретение относитс  к электрическим М1ашинам, а именно к бесконтактным торцовым синхронным машинам переменнополюсного типа, и может быть использовано как в системах электропитани , например в высокоскоростных автономных источниках питани  средней мощности, так и в системах электропривода.

Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  и надежности путем снижени  массы ротора.

На фиг.1 изображен продольный разрез общего вида машины электромагнит«ого возбуждени , на фиг.2 - вид на полюсные системы со стороны статора дл  числа полюсов 2р 6, на фиг.З - продольный разрез общего вида машины с посто нным магнитом; на фиг.4 - продольный разрез общего вида машины со смешанным возбуждением: на фиг.5 - продольный разрез общего вида машины электромагнитного возбуждени  с несколькими дополнительными кольцевыми элементами индуктора; на фиг.6 продольный разрез общего вида машины с возбуждением от трех посто нных магнитов .

Бесконтактна  торцова  синхронна  машина (фиг.1) содержит двухпакетный статор 1 с обмотками 2 и двухдисковый ротор 3, каждый из которых включает первую 4 и вторую 5 системы полюсов противоположной пол рности, причем перва  система 4 полюсов состоит из дополнительного сердечника 6 с торцовой поверхностью 7, на котором размещены полюсы 8, а втора  система 5 полюсов содержит наружный сердечник 9 с внутренней поверхностью 10 и полюсами 11, и внутренний сердечник 12 с наружной поверхностью 13 и полюсами 14, индуктор 15, состо щий из наружного магнитопровода 16 и дополнительного кольцевого элемента 17, раздел ющего две коаксиальные катушки возбуждени  18 и 19, два подшипниковых щита 20 и 21, подшипники 22 и 23 на валу 24, основные воздушные зазоры 25 между полюсами 8, 11, 14 ротора 3 и торцовой поверхностью соответствуюЩего пакета 1 статора, добавочные воздушные зазоры: радиальныё 26 - между наружными цилиндрическими Поверхност ми наружных сердечников 9 ротора 3 и внутренними цилиндрическими поверхност ми наружного магнитопровода 16 и аксиальные 27 - между торцовыми поверхност ми дополнительных сердечников каждого диска ротора 3 и торцовыми поверхност ми дополнительного элемента 17,

Полюсные системы ротора 3, наружный магнитопровод 16 и дополнительный кольцевой индуктора 17 выполнены из магнитомнгкой стали, подшипниковые щиты 20 и 21 и вал 24 - из немагнитного материала (например, немагнитной стали, титана и др.).

Полюсы 11 и 14 второй полюсной системы ротора 3 имеют одну пол рность (на фиг.1 и 2 северную) и чередуютс  с полюсами 8 первой полюсной системы 4, имеющими противоположную пол рность (на фиг. 1 и 2 южную).

Полюсы 11 и 14 второй Полюсной системы 5 ротора 3 имеют одну пол рность (на фиг.1 южную) и чередуютс  с полюсами 8 первой полюсной системы 4, имеющими противоположную пол рность (на фиг.1 северную ).

Суммарна  активна  длина полюсрв 11 и 14 равна длине полюса 8. равной активной длине пакета статора 1, при этом полюсы 11 и 14 могут быть различной длины (на фиг.1 и 2 активна  длина полюсов 11 и 14 равна половине длины статора).

Перва  4 и втора  5 полюсные системь ротора 3 могут соедин тьс  между собой, например, путем заливки промежутков между ними немагнитным сплавом или с помощью сварки.

Конструктивно ротор 3 выполнен разборным . Неподвижные кольцевые коаксиальные катушки возбуждени  18 и 19 обеспечивают магнитные потоки, направленные согласно в дополнительном кольцевом элементе 17 индуктора.

Направление магнитных потоков, создаваемых катушками возбуждени  18 и 19, определ ет пути замыкани  магнитньлх потоков и пол рность полюсов соответствующих полюсных систем ротора 3.

Пакеты статора 1 с обмотками 2 креп тс  на подшипниковых щитах 20 и 21, которые , в свою очередь, креп тс  к индуктору 15., : ; , X.

Бесконтактна  торцова  синхронна  машина, изображенна  на фиг.З отличаетс  от машины, изображенной на фиг.1, выполнением индуктора 15, в котором неподвижным источником возбуждени   вл етс  дополнительный кольцевой элемент 17, который выполнен из магнитотвердого материала , например, редкоземельного (железо - неодим - бор) и намагничен в аксиальном направлении.

Бесконтактна  торцова  синхронна  машина, изображенна  на фиг.4, отличаетс  от машины фиг. 1 тем, что в индуктор 15 дополнительно введен кольцевой посто нный магнит 28, намагниченный аксиально и примыкающий к дополнительному кольцевому элементу 17, которые образуют добавочные аксиальные воздушные зазоры 27 с торцовыми поверхност ми дополнительных сердечников 6 ротора 3. Посто нный магнит 28 обеспечивает магнитный поток, направленный согласно с магнитным потоком, проход щим в дополнительном кольцевом элементе 17, обеспечиваемым катушками возбуждени  18 и 19.

На фиг.5 и 6 представлены варианты выполнени  машины с электромагнитным возбуждением и возбуждением от посто нных магнитов, в которых в индуктор 15 введено три дополнительных кольцевых элемента (аналогичных дополнительному кольцевому элементу 17 фиг.1), каждый из которых образует аксиальный зазор с торцовой поверхностью каждого дополнительного введенного сердечника (аналогичного дополнительному сердечнику б на фиг.1) fcoответствующей полюсной системы каждого диска ротора 3. В общем случае количество дополнительных сердечников 6 в каждом

диске ротора 3 должно соответствовать количеству дополнительных кольцевых элементов индуктора 15.

Таким образом, перва  система 4 полюсов каждого диска ротора 3 (фиг.5 и 6) содержит два дополнительных сердечника с полюсами одинаковой пол рности. Активна  длина полюсов равна активной длине пакета статора 1, а длина одного полюса равна половине активной длины пакета статора .

Между полюсами первой полюсной системы 4 каждого диска ротора 3 расположены полюсы одинаковой пол рности второй полюсной системы 5 ротора 3, причем пол рность полюсов второй полюсной системы 5 противоположна пол рности полюсов первой полюсной системы 4 диска ротора 3. Втора  полюсна  система 5 каждого диска ротора 3 состоит из дополнительного сердечника , на котором расположены полюсы с активной длиной, равной половине активной длины пакета статора, и наружного и внутреннего сердечников с расположенными на них полюсами, обща  длина которых равна половине активной длины пакета статора . Таким образом, обща  длина полюсов первой системы 4 каждого диска ротора 3 равна длине полюсов второй полюсной системы 5.

Работа машины осуществл етс  следующим образом.

При выполнении машины по фиг.1 магнитный поток, создаваемый катушками возбуждени  18 и 19, проходит по участку магнитной цепи, состо щему из дополнительного кольцевого элемента 17, двух аксиальных добавочных воздушных зазоров 27, двух дополнительных сердечников б и полюсов 8 первой полюсной системы 4 ротора 3, двух основных воздушных зазоров 25, и далее разветвл етс  в пакетах 4 статоров 1 на две параллельные ветви. Одна часть общего потока возбуждени  замыкаетс  через два основных воздушных зазора 25, полюса 11 и два сердечника 9 второй полюсной системы 5 ротора 3, два радиальных добавочных воздушных зазора 26 и наружный магнитопровод 16.

Друга  часть общего потока возбуждени  замыкаетс  через два основных воздушных ,зазора 25, полюса 14 и два сердечника 12 второй полюсной системы 5 ротора 3. При выполнении машины по фиг.З магнитный поток, создаваемый дополнительным кольцевым элементом индуктора 16, изготовленным из магнитотвердого материала и  вл ющимс  источником потока возбуждени , проходит по участкам магнитной цепи, аналогично фиг.1.

При выполнении машины по фиг.4 магнитный поток создаетс  как посто нным магнитом 28, так и катушками возбуждени  18 и 19. Распределение магнитных потоков аналогично фиг.1.

Таким образом, на роторе 3 образуетс  переменнополюсна  система полюсов, а магнитные потоки, создаваемые источником 15 (источниками) возбуждени , создают суммарную ЭДС в обмотках 2 пакетов 4 статора 1 при работе машины генератором.

Работа машины в двигательном режиме аналогична работе известных бесконтактных синхронных двигателей переменного тока.

Проведенные расчеты показывают, что у машины мощностью 30 кВА масса ротора примерно в 1,5 раза меньше по сравнению с массой ротора машины той же мощности известной конструкции, а уменьшение аксиальных размеров позвол ет снизить потери трени  ротора об окружающую среду, примерно в 1,4 раза, при той же частоте вращени  ротора.

Кроме того, предлагаема  конструкци  обеспечивает возможность использовани  неподвижных посто нных магнитов в качестве источника потока возбуждени , что позвол ет дополнительно уменьшить массу машины в целом и улучшить ее энергетические характеристики. Расчеты показывают, что у машины мощностью 30 кВА с возбуждением от посто нных магнитов (железо неодим - бор) масса машины уменьшаетс  на 40%, а КПД увеличиваетс  на 4%.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаема  бесконтактна  торцова  синхронна  машина оберпечивает улучшение энергетических, электромагнитных характеристик и повышение надежности машины за счет снижени  массы ее вращающихс  частей.

Claims (6)

1. Бесконтактна  торцова  синхронна  машина переменнополюсного типа, содержаща  два пакета статора с обмотками, ротор с двум  дисками, каждый из которых включает первую и втррую системы полюсов противоположной пол рности, расположенных между наружным и внутренним сердечниками диска, причем полюсы одной системы размещены между г1олюсами другой , а полюсы первой системы образуют радиальный зазор с наружной поверхностью внутреннего сердечника, к которой примыкают полюсы второй системы, индуктор с неподвижным кольцевым источником потока возбуждени  и наружным магнитопроводом , Отличающа с  тем, что, с целью повышени  быстродействи  и надежности путем снижени  массы ротора, каждый диск ротора выполнен с дополнительным сердечником, на котором размещены полюсы первой магнитной системы, которые образу1бт радиальные зазоры с внутренней поверхностью наружного сердечника диска ротора, а полюсы второй системы примыкают к указанной поверхности, а в индуктор введен дополнительный кольцевой элемент , образующий аксиальный зазор с торцовой поверхностью дополнительного серд€ чника каждого диска ротора.

2.Синхронна  мащина по п. 1. о т л и чающа с  тем. что неподвижный кольцевой источник потока возбуждений выполнен в виде двух коаксиальных катушек, разделенных упом нутым дополнительным кольцевым элементом, который выполнен из магнитом гкого материала.

3.Синхронна  машина по п. 1,отличающа  с   тем, что дополнительный кольцевой элемент индуктора выполнен из магнитотвердого материала и намагничен в аксиальном направлении.

4; Синхронна  машина по п.2, отличающа с  тем, что индуктор снабжен

кольцевым посто нным магнитом, намагниченным в аксиальном направлении, образующим аксиальный зазор с торцовой поверхностью дополнительного сердечника каждого Диска ротора.

5.Синхронна  машина по n.2i отличающа с  тем, что индуктор снабжен п дополнительными кольцевыми элементами, каждый из которых установлен с аксиальным зазором с торцовой поверхностью дополнительно введенного сердечника соответствующей полюсной системы каждого диска ротора и. соответственно, п катушками возбуждени  где п - целое четное

число, причем смежные катушки возбуждени  включены встречно.

6.Синхронна  машина по п.З, отличающа с  тем, что индуктор снабжен п дополнительными кольцевыми элементами,

каждый из которых образует аксиальный зазор с торцовой поверхностью дополнительновведенногосердечника соответствующей полюсной системы каждого диска ротора, где п - целое четное

число, при этом смежные дополнительные кольцевые элементы индуктора намагничены встречно друг относительно друга.

г

J9

фиг Л

П

/« //

1

11

(риг. 2

фигВ