SU1746470A1

SU1746470A1 - Field structure of electric machine

Info

Publication number: SU1746470A1
Application number: SU904800635A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Константинович Дука; Анатолий Романович Лейбович; Юрий Борисович Пронько; Владимир Вассильевич Морковин
Original assignee: Украинский заочный политехнический институт им.И.З.Соколова
Priority date: 1990-01-03
Filing date: 1990-01-03
Publication date: 1992-07-07

Abstract

Использование: т говые синхронные генераторы большой и средней мощности. Сущность изобретени : индуктор электрической машины содержит массивные полюсы 2 с полюсными наконечниками 3. На активные поверхности полюсных наконечников нанесен слой 5 магнитодиэлектриче- ской массы, состо щей из магнитом гкого порошка и св зующего в соотношении не менее 4:1. Толщина сло больше глубины проникновени магнитного пол зубцовой частоты. 2 ил,Usage: high and medium power traction synchronous generators. SUMMARY OF THE INVENTION: The inductor of an electric machine contains massive poles 2 with pole pieces 3. A layer 5 of a magnetodielectric mass consisting of a magnet of a soft powder and a binder in a ratio of at least 4: 1 is applied to the active surfaces of the pole pieces. The thickness of the layer is greater than the penetration depth of the magnetic field of the tooth frequency. 2 or

Description

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к производству тяговых синхронных генераторов с массивными полюсными наконечниками.The invention relates to electrical engineering, in particular to the production of synchronous traction generators with massive pole pieces.

В известных индукторах электрических машин для уменьшения поверхностных потерь на массивные полюсы индуктора навит бандаж из немагнитного материала, пропитанного компаундом, и в указанный компаунд в зонах, примыкающих к полюсам, введен магнитный наполнитель, например ферропорошок.In known inducers of electric machines, to reduce surface losses, a band of non-magnetic material impregnated with a compound is wound around the massive poles of the inductor, and a magnetic filler, for example, ferrous powder, is introduced into the specified compound in areas adjacent to the poles.

Недостатками данного индуктора являются повышенный ток намагничивания, нестабильность формы выходного напряжения и низкая механическая прочность бандажа.The disadvantages of this inductor are the increased magnetization current, the instability of the shape of the output voltage and the low mechanical strength of the bandage.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является индуктор, в котором предложено поверхностный слой массивных полюсов насыщать кремнием на глубину не менее 1-2 мм.The closest in technical essence to the proposed one is an inductor, in which it is proposed to saturate the surface layer of massive poles with silicon to a depth of at least 1-2 mm.

Недостатками этого индуктора электрической машины являются пониженный КПД и повышенная трудоемкость изготовления, связанная с выполнением рифления активной поверхности полюсов на глубину до 2 мм.The disadvantages of this inductor of an electric machine are reduced efficiency and increased complexity of manufacturing associated with the corrugation of the active surface of the poles to a depth of 2 mm.

Целью изобретения является повышение КПД индуктора путем уменьшения его магнитного сопротивления и потерь на поверхности массивных полюсов.The aim of the invention is to increase the efficiency of the inductor by reducing its magnetic resistance and losses on the surface of the massive poles.

Поставленная цель достигается тем, что в индукторе электрической машины, содержащем массивные полюсы и полюсные наконечники с механически обработанными активными поверхностями, на последние нанесен слой магнитодиэлектрической массы, состоящей из магнитомягкого порошка и связующего материала в соотношении не менее 4:1 и толщиной, превышающей глубину проникновения магнитного поля зубцовой частоты.This goal is achieved by the fact that in the inductor of an electric machine containing massive poles and pole pieces with machined active surfaces, a layer of magnetodielectric mass is deposited on the latter, consisting of soft magnetic powder and a binder material in a ratio of at least 4: 1 and a thickness exceeding the penetration depth magnetic field of tooth frequency.

На фиг. 1 показана часть многополюсного индуктора электрической машины, содержащего массивные полюсы; на фиг. 2 вариант устройства для нанесения поверхностного слоя заданной толщины и формы.In FIG. 1 shows a part of a multi-pole inductor of an electric machine containing massive poles; in FIG. 2 embodiment of a device for applying a surface layer of a given thickness and shape.

Индуктор содержит массивный магнитопровод 1 с массивным полюсом 2 и полюсным наконечником 3, элементы 4 крепления, слрй 5 магнитомягкого порошка со связующим материалом, катушку 6 возбуждения. На фиг. 2 изображены: верхняя часть 7 пресс-формы, подложка 8. нижняя часть 9 пресс-формы.The inductor contains a massive magnetic circuit 1 with a massive pole 2 and a pole tip 3, fastening elements 4, layer 5 of soft magnetic powder with a binder material, an excitation coil 6. In FIG. 2 shows: the upper part 7 of the mold, the substrate 8. the lower part 9 of the mold.

Индуктор электрической машины, например тягового синхронного генератора, часть которого показана на фиг. 1 в качестве примера, устроен следующим образом.An inductor of an electric machine, for example a traction synchronous generator, a part of which is shown in FIG. 1 as an example, is arranged as follows.

Массивный магнитопровод 1 составлен из заготовок, вырезанных из листов проката толщиной 50-60 мм зацело с массивными полюсами 2 и соединенных в единый пакет по длине сваркой. В массивном магнитопроводе 1 и полюсах 2 выполнены отверстия для прохождения элементов 4 крепления, которыми массивный полюсный наконечник 3 прикрепляется к полюсам 2 после насадки на них катушек 6 возбуждения. Слой смеси магнитомягкого порошка и связующего материала нанесен на поверхность полюсных наконечников 3 при их изготовлении.The massive magnetic circuit 1 is composed of billets cut from rolled sheets of 50-60 mm thick integrally with massive poles 2 and connected in a single package along the length of the welding. In the massive magnetic circuit 1 and the poles 2, holes are made for the passage of the fastening elements 4, by which the massive pole piece 3 is attached to the poles 2 after the excitation coils 6 are mounted on them. A layer of a mixture of soft magnetic powder and a binder material is deposited on the surface of the pole pieces 3 during their manufacture.

Индуктор работает следующим образом.The inductor operates as follows.

При подаче тока в обмотку возбуждения индуктора, состоящую из катушек 6 возбуждения, в электрической машине возникает магнитное поле основной и зубцовой частот. Магнитные потоки зубцовых частот, попадая на поверхность полюсного наконечника 3, замыкаются через слой 5 в тангенциальном направлении, а магнитный поток основной частоты замыкается, проходя через полюсные наконечники 3, полюсы 2 и массивный магнитопровод 1, при этом магнитное сопротивление в радиальном направлении этому потоку оказывается минимальным, поскольку магнитные свойства слоя 5 выше даже, чем магнитные свойства магнитопровода 1 и полюса 2 с полюсным наконечником 3.When a current is supplied to the excitation winding of the inductor, consisting of excitation coils 6, a magnetic field of the fundamental and tooth frequencies appears in the electric machine. The magnetic fluxes of the tooth frequencies, falling on the surface of the pole piece 3, are closed through the layer 5 in the tangential direction, and the magnetic flux of the main frequency is closed, passing through the pole pieces 3, poles 2 and a massive magnetic circuit 1, while the magnetic resistance in the radial direction to this flux is minimal, since the magnetic properties of layer 5 are even higher than the magnetic properties of the magnetic circuit 1 and pole 2 with a pole tip 3.

Для нанесения поверхностного слоя 5 на полюсные наконечники 3 используют устройство, показанное на фиг. 2. В нижней части 9 пресс-формы поверхность по форме выполнена в соответствии с требованиями оптимальных характеристик выходного напряжения, которые обуславливаются формой активной поверхности полюсного наконечника 3. На эту поверхность выстилают подложку 8 и на нее помещают смесь из магнитомягкого, например, железного порошка и связующего материала, обладающего электроизоляционными свойствами, например синтетической смолы типа эпоксидной. Пропорции определяются конкретным типом индуктора и механическими нагрузками, действующими на несенный слой 5 во время эксплуатации. Однако во всех случаях магнитомягкий порошок должен составлять не менее 80% общего количества смеси, при уменьшении содержания порошка за указанный предел настолько уменьшают радиальную магнитную проводимость слоя 5, что потери от увеличения тока возбуждения начинают перекрывать снижение поверхностных потерь.To apply the surface layer 5 to the pole pieces 3, the device shown in FIG. 2. In the lower part 9 of the mold, the surface in shape is made in accordance with the requirements for the optimal characteristics of the output voltage, which are determined by the shape of the active surface of the pole piece 3. On this surface, line substrate 8 and place a mixture of soft magnetic, for example, iron powder and a binder material having electrical insulating properties, for example, an epoxy type synthetic resin. The proportions are determined by the specific type of inductor and mechanical loads acting on the carried layer 5 during operation. However, in all cases, soft magnetic powder should be at least 80% of the total amount of the mixture, with a decrease in the powder content beyond the specified limit, the radial magnetic conductivity of layer 5 is so reduced that losses from an increase in the excitation current begin to block the decrease in surface losses.

Для усиления удерживающих свойств слоя 5 во вращающихся индукторах поверх ность полюсных наконечников 3 подвергают грубой токарной обработке с образованием винтовых борозд глубиной 0,3-0,5 мм. Окончательное формование активной поверхности полюсных наконечников 3 проводится путем запечки их в пресс-форме, содержащей и верхнюю и нижнюю части.To enhance the holding properties of layer 5 in rotating inductors, the surface of the pole pieces 3 is subjected to rough turning with the formation of helical grooves with a depth of 0.3-0.5 mm. The final molding of the active surface of the pole pieces 3 is carried out by baking them in a mold containing both the upper and lower parts.

Таким образом, нанесенный на активную поверхность полюсных наконечников 3 поверхностный слой 5 выполняет функции магнитного экрана для инверсных магнитных полей с полюсным делением, меньшим полюсного деления индуктора. При этом вследствие высокого электросопротивления смеси величина вихревых токов и потери от них оказываются невелики, что и обеспечивает повышение КПД индуктора. С помощью наносимого слоя 5 можно обеспечить оптимальные характеристики активной поверхности полюсных наконечников 3 и, соответственно, оптимальную, форму выходного напряжения. Магнитомягкий слой 5 позволяет иметь минимально потребные ампер-витки возбуждения индуктора, исключив ограничения по величине воздушного зазора, связанные с величиной поверхностных потерь и нагревом индуктора. Немаловажным фактором предложен ной конструкции индуктора является его полная взаимозаменяемость с ранее выпускаемыми индукторами, имеющими шихтованные полюсы, что является следствием возможности обеспечения одинаковых по величине и форме воздушных зазоров, а также одинаковых токов и мощностей возбуждения.Thus, the surface layer 5 deposited on the active surface of the pole pieces 3 acts as a magnetic screen for inverse magnetic fields with pole division less than the pole division of the inductor. Moreover, due to the high electrical resistance of the mixture, the magnitude of the eddy currents and the losses from them are small, which ensures an increase in the efficiency of the inductor. Using the applied layer 5, it is possible to provide optimal characteristics of the active surface of the pole pieces 3 and, accordingly, the optimal shape of the output voltage. Soft magnetic layer 5 allows you to have the minimum required ampere-turns of excitation of the inductor, eliminating the restrictions on the size of the air gap associated with the magnitude of the surface losses and heating of the inductor. An important factor in the proposed design of the inductor is its complete interchangeability with previously manufactured inductors having burnt poles, which is a consequence of the possibility of providing the same size and shape of the air gaps, as well as the same currents and excitation powers.

По сравнению с известными предложенный индуктор обеспечивает снижение поверхностных потерь в 2-3 раза, а также уменьшение тока возбуждения не менее чем на 15%.Compared with the known, the proposed inductor provides a reduction in surface losses by 2-3 times, as well as a decrease in the excitation current by at least 15%.

Claims

Claim

An inductor of an electric machine containing massive poles and pole pieces with machined active surfaces, characterized in that. In order to increase the efficiency by reducing surface losses, a magnetodielectric mass layer consisting of soft magnetic powder and a binder material in a ratio of at least 4: 1 and a thickness exceeding the penetration depth of the tooth frequency magnetic field is applied to the active surfaces of the pole pieces.

FIG.

2 δ