SU543098A1

SU543098A1 - Electric contactless synchronous machine

Info

Publication number: SU543098A1
Application number: SU1943594A
Authority: SU
Inventors: Василий Владимирович Анненков; Николай Александрович Гвоздырев; Леонид Михайлович Паластин
Original assignee: Предприятие П/Я Г-4128
Priority date: 1973-07-10
Filing date: 1973-07-10
Publication date: 1977-01-15

Description

1one

В известных автономных турбогенераторных источниках электропитани со сроком непрерывного функционировани , исчисл емым дес тками тыс ч часов, используют бесконтактные синхронные генераторы с цилиндрической расточкой, в которых вместо подшипников качени или скольжени примен ютс газостатические или газодинамические опоры.In the known autonomous turbogenerator power sources with a continuous operation time of tens of thousands of hours, contactless synchronous generators with a cylindrical boring are used, in which gas-static or gas-dynamic bearings are used instead of rolling or sliding bearings.

Выполнение упорных подшипников в высокоскоростных машинах св зано с необходимостью преодолени сушественных трудностей, обусловленных большими величинами окружной скорости врашени упорного диска; механических нагрузок в диске, вызываемой ими несоосностью опорных подшипников и др.The implementation of thrust bearings in high-speed machines is associated with the need to overcome the real difficulties caused by large values of the peripheral speed of the thrust disk; mechanical loads in the disk caused by the misalignment of the bearings, etc.

Известно устройство, в котором с помош,ью зубцовых зон радиальной магнитной стабнлизации обеспечиваетс магнитный подвес только в плоскости 1.A device is known in which, with the help of, toothed zones of radial magnetic stabilization, a magnetic suspension is provided only in plane 1.

Однако, это устройство обеспечивает магнитную стабилнзацию ротора с помошью зубцовых зон только в радиальной плоскости, а дл обеспечени пространственного подвеса дополнительно используетс газовый подп тник . Применение двух различных систем дл пространственного подвеса ротора обуславливает большие габариты, вес и низкую надежность таких устройств.However, this device provides the magnetic stabilization of the rotor with the help of toothed zones only in the radial plane, and a gas stopper is additionally used to provide spatial suspension. The use of two different systems for the spatial suspension of the rotor causes large dimensions, weight and low reliability of such devices.

Известны высокоскоростные торцовые асинхронные машины, в которых используютс газовый подп тник и магнитна стабилизаци роторов с помощью зубцовой зоны, наносимой на актнвные новерхности статора и ротора . В пазах этой зоны проводники с током не размещаютс . При возникновении внешних возмущающих сил зубцы ротора смещаютс относительно зубцов статора. Картина расиределени магнитного пол в зубцовой зоне статора Н ротора становитс несимметричной.High-speed mechanical asynchronous machines are known that use a gas stopper and magnetic stabilization of rotors using a toothed zone applied to actual surfaces of the stator and rotor. In the grooves of this zone, conductors with current are not placed. When external disturbing forces occur, the rotor teeth are displaced relative to the stator teeth. The pattern of the magnetic field distribution in the tooth zone of the stator H of the rotor becomes asymmetrical.

Возникает центрирующа упруга сила, под действием которой компенсируетс внешнее возмущение и ротор занимает исходное положение с максимальной магнитной нроводимостыо между зубцами магнитиой стабилизаци11 2 .A centering elastic force arises, under the action of which external disturbance is compensated and the rotor occupies the initial position with the maximum magnetic force between the teeth and the stabilization magnetic 2.

Магнитна стабилнзаци ротора в таких машинах обеспечиваетс лишь в одной илоскости .The magnetic stabilization of the rotor in such machines is provided only in one of the planes.

Целью изобретени вл етс уменьшение веса Н габарнтов машнны, повышение надежности Н быстродействн пространственной стабилизации положени ротора.The aim of the invention is to reduce the weight of the H gears of the machine, increasing the reliability of the H speed of spatial stabilization of the rotor position.

Указанна цель достигаетс тем, что на цнлиндрических поверхност х статора и ротора, образующих дополнительные воздушные зазоры , выполнены симметричные коаксиальные зубцовые зоны. Прн этом, кольцева обмотка возбуждени заключена в обойму, иоверхности которой образуют с поверхност ми полюсов и осевой втулки упорные и опорные газовые подшипники.This goal is achieved by the fact that symmetric coaxial tooth zones are formed on the cylindrical surfaces of the stator and rotor, which form additional air gaps. In this case, the annular field winding is enclosed in a cage, and the surfaces of which form thrust and support gas bearings with the surfaces of the poles and the axial bushings.

На чертеже показана конструкци предлагаемой машины.The drawing shows the design of the proposed machine.

Машина содержит торцовый статор 1, обмотку кор 2, радиально стабилизирующие концентрические зубцы 3 статора, радиально стабилизирующие концентрические зубцы 4 полюсов ротора, аксиально стабилизирующие коаксиальные зубцы 5 корпуса, аксиально стабилизирующие коаксиальные зубцы 6 рма наружных полюсов ротора, штуцеры 7 подачи газа дл опорных газодинамических подшипников, штуцеры 8 подачи газа дл упорных газодинамических подшипников, звездочку внутренних торцовых полюсов 9 ротора, звездочку внешних торцовых полюсов 10 ротора , кольцевую обмотку возбуждени И, немагнитную обой.му 12 обмотки возбуждени , немагнитные сепараторы 13, создающие полости дл упорных газодинамических подшипников , корпус 14.The machine contains an end stator 1, a winding core 2, radially stabilizing concentric teeth 3 of the stator, radially stabilizing concentric teeth 4 rotor poles, axially stabilizing coaxial teeth 5 of the housing, axially stabilizing coaxial teeth 6 roma outer rotor poles, gas fittings 7 for gas bearing bearings , gas supply nipples 8 for thrust gas-dynamic bearings, sprocket of inner end poles 9 of the rotor, sprocket of outer end poles of the rotor 10, ring The excitation winding I, the non-magnetic closure 12 of the excitation winding, the non-magnetic separators 13 creating cavities for the thrust gas-dynamic bearings, the housing 14.

Предлагаемый генератор вл етс двухпакетной бесконтактной торцовой синхронной машиной с внешними торцовыми кор .ми и внутренней кольцевой обмоткой возбуждени , расположенной между двум вращающимис торцовыми полюсными системами.The proposed generator is a two-pack contactless end synchronous machine with external end corners and an internal annular field winding located between two rotating end pole systems.

Статор 1 с радиально стабилизирующими зубцами 3, немагнитные сепараторы 13, корпус 14 с аксиально стабилизирующими зубцами 5 и немагнитна обойма 12 обмотки возбуждени образуют рабочие поверхности внутреннего герметичного объема дл газовых и магнитных опор ротора. В этом объеме размещен ротор, состо щий из звездочек внутренних 9 и наружных 10 торцовых полюсных систем . На рабочих поверхност х полюсных систем против зубцов 3 статоров расположены радиально стабилизирующие зубцы 4 полюсов , имеющие форму и зубцовое давление, аналогичные зубцам статоров.A stator 1 with radially stabilizing teeth 3, non-magnetic separators 13, a housing 14 with axially stabilizing teeth 5 and a non-magnetic holder 12 of the excitation winding form the working surfaces of the internal hermetic volume for gas and magnetic rotor supports. A rotor consisting of sprockets of inner 9 and outer 10 end pole systems is located in this volume. On the working surfaces of the pole systems against the teeth of the 3 stators there are radially stabilizing teeth of 4 poles having the shape and pressure of the teeth, similar to the teeth of the stators.

На наружной поверхности рем наружных полюсов иротив зубцов 5 корпуса расположены аксиально стабилизирующие зубцы 6, имеющие такую же форму и зубцовое деление, что и зубцы 5. Боковые поверхности иолюсных систем должны быть гладкими. Если промежутки между внешними и внутренними полюсами не залиты немагнитной сталью (сварна конструкци ), то по боковым поверхност м они закрываютс немагнитными крышками . Одна из полюсных систем ротора выполн етс с осевой втулкой, на которой после установки обмотки возбуждени закрепл етс друга полюсна систе.ма. Боковые нерабочие торцовые плоскости полюсных систем и обоймы обмотки возбуждени со сторон, противоположных расточкам, образуют основные плоскости упорных газодинамических подшииников . Внутренние цилиндрические поверхности между осевой втулкой и обоймой обмотки возбуждени образуют основные иоверхности опорных газодинамических подшипников.On the outer surface of the rem of the outer poles and opposite the teeth of the case 5 are axially stabilizing teeth 6, having the same shape and tooth division as the teeth 5. The lateral surfaces of the polar systems must be smooth. If the gaps between the outer and inner poles are not filled with non-magnetic steel (welded construction), then they are closed on the side surfaces with non-magnetic caps. One of the pole systems of the rotor is performed with an axial sleeve, on which, after the installation of the field winding, another pole system is fixed. The lateral non-working end planes of the pole systems and the field of the excitation winding on the sides opposite to the bores form the main planes of the resistant gas-dynamic underside. The inner cylindrical surfaces between the axial bushing and the excitation winding ferrule form the main surfaces of the gas-dynamic bearings.

Таким образом, соответствующие участки поверхности ротора выполн ют функции оиорных и упорных подшипников. Это позвол ет полюсным системам ротора совместить выполнепие двух вращающихс магнитных проводников и переключателей потока возбуждени (индуктора) и опорных и упорных газовых подшипников бесконтактной синхронной машины . Следовательно, такое совмещение функций полюсных систем позвол ет устранить опорные и особенно упорные газовые подшипники , как отдельные конструктивные узлы, обычно размещаемые вне активного объема аналогичных машин с цилиндрической расточкой .Thus, the corresponding surface areas of the rotor perform the functions of oior and thrust bearings. This allows the pole rotor systems to combine the two rotating magnetic conductors and switches of the excitation flow (inductor) and the gas bearing and thrust bearings of the contactless synchronous machine. Therefore, such a combination of functions of the pole systems allows eliminating the support and especially thrust gas bearings, as separate structural units, usually placed outside the active volume of similar machines with a cylindrical bore.

Дл уп|)гой газовой или аэродинамической подвески ротора в герметический объем машины подаетс сжатый газ через штуцеры 7 и 8 соответственно дл опорных и уиорныхFor yn | gay gas or aerodynamic suspension of the rotor in the hermetic volume of the machine is supplied compressed gas through fittings 7 and 8, respectively, for supporting and uiornyh

подшипников. Необходимые величины воздушных зазоров дл газостатических и газодинамических подшипников выполн ютс дл упорных подшипников .между нерабочи.ми торцовыми поверхност ми полюспых систем и боковыми поверхност ми немагнитной обоймы обмотки возбуждени , а также на участках боковых поверхностей между немагнитными сепараторами и нерабочими торцовыми иоверхност ми полюсов со стороны расточек, за исключением зоны рабочих расточек торцовых корей, дл опорных подшипников - .между цилиндрическими поверхност .ми осевой втулки полюсов и немагнитной обоймы обмотки возбуждени . Нараллельно с газостатической или сbearings. The required air clearances for gas-static and gas-dynamic bearings are performed for thrust bearings between non-working end surfaces of pole systems and lateral surfaces of the non-magnetic casing of the excitation winding, as well as in the areas of the side surfaces between non-magnetic separators and non-working end and surface poles from the side Boring bores, with the exception of the working bore area of the face cores, for support bearings - between the cylindrical surface of the axial bushing of the poles and a non-magnetic casing of the excitation winding. In parallel with gas or with

газодииамической подвеской ротора в предлагаемой машине предусмотрена магнитна подвеска , осуществл е.ма магнитными силами, возникающими в зубцовых зонах 3, 4 и 5, 6 возбужденной машины.gas rotor suspension in the proposed machine provides a magnetic suspension, carried out by magnetic forces arising in the toothed zones 3, 4 and 5, 6 of the excited machine.

Магнитные силы между стабилизирующими зубцовыми зонами в расточках корей и в корпусе позвол ют осуществить упругую магнитную подвеску ротора во внутреннем объеме машины подобно упругой газостатическойThe magnetic forces between the stabilizing dentate zones in the bores of the korea and in the housing allow the elastic magnetic suspension of the rotor to be carried out in the internal volume of the machine, like an elastic gas-static

или аэродинамической подвеске. Получение магнитного пространственного подвеса ротора п магиитной пространственной его стабилизации при воздействии на ротор различных возмущений требует в основном только некоторого увеличени намагничивающей силы обмотки возбуждени , обусловленного соответствующим увеличением эквивалентных основных и добавочных воздушных зазоров.or aerodynamic suspension. Obtaining a magnetic spatial suspension of the rotor and its magical spatial stabilization when different disturbances are applied to the rotor basically requires only a slight increase in the magnetizing force of the excitation winding due to a corresponding increase in the equivalent main and additional air gaps.

Предложенна система упругого магнитногоThe proposed system is an elastic magnetic

подвеса ротора имеет реакции св зей между всеми взаимодействующими магнитными силами , что делает систему подвеса устойчивой. Машинам согласно изобретению, а также аналогичным двухпакетным торцовы.м синхронным машинам с совмещенными статорами и полюсными системами при использованпи их активных поверхностей и зубцовых зон радиальной магнитной стабилизации соответственно иод газодинамические и магнитнореактивные оиорные подшипники, ирисуща необходима жесткость вала и его консолей, высока жесткость ротора благодар сокращению рассто ни между опорами. Кроме того, в этих машинах имеет место дублирование двух систем подвеса ротора на силах магнитных и аэродинамических, что существенно повышает их надежность в различных услови х функционировани . При этом используетс один и тот же поток возбуждени дл основного энергопреобразовательного процесса генератора, а также магнитный подвес и магнитна стабилизаци безвального ротора.The rotor suspension has coupling reactions between all interacting magnetic forces, which makes the suspension system stable. Machines according to the invention, as well as similar two-package facets. Synchronous machines with combined stators and pole systems when using their active surfaces and tooth zones of radial magnetic stabilization, respectively, iodine gas dynamic and magnetically reactive bearings, the rigidity of the shaft and its consoles are essential, high rotor rigidity thanks shortening the distance between the supports. In addition, in these machines there is a duplication of the two rotor suspension systems using magnetic and aerodynamic forces, which significantly increases their reliability in various operating conditions. In this case, the same excitation flow is used for the main power conversion process of the generator, as well as a magnetic suspension and a magnetic stabilization of the shaftless rotor.

Claims

1. An electric contactless synchronous machine containing a stator, a rotor with an axial sleeve and poles, a fixed annular field winding, gas bearings formed by the adjacent surfaces of the fixed and rotating parts, in which the adjacent end surfaces of the stator and the rotor forming the main air gap, through which the working magnetic flux of the machine passes, symmetric concentric tooth zones are made, characterized in that, in order to reduce the weight and dimensions of the machine, the increase is reliably ti steric stabilization and speed of the rotor position on the cylindrical surfaces of stator and rotor forming vozduschnye additional clearances are formed symmetric coaxial claw zone.

2. Machine by and. 1, characterized in that the annular field winding is enclosed in a cage, the surfaces of which form

with pole surfaces and axial bushings; thrust and gas bearing bearings.

Sources of information taken into account in the examination:

1. USSR author's certificate No. 359727, M. Kl.2 N 02K 49/02, 1970

2. The patent of France К ° 1271654. кл. F 16d 1961

13

7 12

P V