синхронная попеременно-полюсная машина
Классы МПК: | H02K19/22 с обмоткой, каждый виток которой взаимодействует поочередно с полюсами разной полярности, например попеременно-полюсный генератор H02K19/16 синхронные генераторы |
Автор(ы): | Гогин А.В. (RU) |
Патентообладатель(и): | Гогин Александр Викторович (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2003-02-06 публикация патента:
27.07.2004 |
Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроению, в частности к конструкции многофазных машин переменного тока, преимущественно к генераторам с повышенной удельной мощностью, способных вырабатывать ток в широком диапазоне частот. Сущность изобретения состоит в том, что статорная обмотка выполнена в виде размещенных внутри фигуры вращения катушек, осью намотки которых является ось поперечного сечения фигуры вращения, а ротор выполнен из центрального и двух дополнительных торцевых индукторов, образующих с центральным индуктором фигуру вращения, охватывающую статорную обмотку с рабочим зазором, при этом все три индуктора скоммутированы таким образом, что в сечении полуплоскостью, началом которой является ось вращения ротора, их полюса одноименны. Техническая задача изобретения состоит в удвоении удельной мощности генератора в широком диапазоне рабочих частот от 50 до 400 Гц путем увеличения практически до 100% активной длины витка статорной обмотки, благодаря предложенной форме сопряжения статора и ротора. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Рисунок 1
Формула изобретения
1. Синхронная попеременно-полюсная машина, содержащая статор с многофазной обмоткой и размещенный по его оси многополюсный ротор-индуктор с обмоткой возбуждения, отличающаяся тем, что статорная обмотка выполнена в виде катушек с сердечниками, размещенных внутри фигуры вращения, осью намотки катушек статорной обмотки является ось поперечного сечения упомянутой фигуры вращения, а ротор выполнен из центрального и двух дополнительных торцевых индукторов, также образующих фигуру вращения, охватывающую статорную обмотку с рабочим зазором, при этом все три индуктора скоммутированы таким образом, что в сечении полуплоскостью, началом которой является ось вращения ротора, их полюса одноименны.2. Синхронная попеременно-полюсная машина по п.1, отличающаяся тем, что сердечник катушки статорной обмотки выполнен в виде треугольника, составленного из лотков-магнитопроводов.3. Синхронная попеременно-полюсная машина по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что лотки-магнитопроводы закреплены на полом кольце, прикрепленном к корпусу статора и снабженном подсоединительными штуцерами.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к электромашиностроению и может найти применение при разработке конструкций многофазных машин переменного тока с увеличенной удельной мощностью (по отношению к габаритам и весу), например генераторов переменного тока, способных вырабатывать ток в широком диапазоне частот (50-400 Гц).Существующие многофазные генераторы переменного тока имеют ротор, на валу которого смонтирован сердечник из ферромагнитного материала, имеющий выступы по числу пар магнитных полюсов с размещенной на них обмоткой возбуждения. Обмотка ротора подсоединена к контактным кольцам коллектора для подачи напряжения возбуждения генератора. Количество пар магнитных полюсов ротора определяет частоту вырабатываемого генератором тока при заданной угловой скорости его вращения. Статор набран из пластин электротехнической стали в виде колец с внутренними пазами, в которых размещается многофазная обмотка генератора. Число катушек в каждой фазной обмотке статора равно числу пар магнитных полюсов ротора.Подобная конструкция попеременно-полюсного генератора имеет ряд недостатков:1. Лобовые части статорной обмотки генератора не участвуют в получении ЭДС индукции генератора и, являясь соединительным балластом, приводят к дополнительным электромагнитным потерям, перерасходу дорогостоящей меди и утяжелению машины.2. Вихревые токи от наведенной переменной ЭДС в железе статора замыкаются через общее кольцо его пластин и вместе с высокочастотными гармониками вызывают дополнительный нагрев и насыщение железа, что ухудшает технико-экономические показатели генератора. Эта же причина является главным препятствием при конструировании многофазных высокочастотных генераторов (например, 400 Гц), так как приводит к недопустимым потерям в железе статора.Известны конструкции трехфазных синхронных генераторов с когтеобразными полюсами и внутренней катушкой возбуждения [1]. Эти генераторы имеют лучшие массогабаритные показатели, однако наличие распределенной обмотки статора по-прежнему является недостатком конструкции. В авторском свидетельстве №871282, Н 02 К 19/22, сделана попытка избавиться от этого недостатка: катушки каждой фазы статорной обмотки расположены на рядом стоящих зубцах якоря. Это повышает удельную мощность генератора на 10-15%. В авторском свидетельстве №1334300, Н 02 К 23/04, в котором рассматривается электрическая машина, содержащая статор с постоянными магнитами и кольцевой ротор с обмоткой, сделана попытка увеличить активную зону взаимодействия силовых полей с помощью полюсных наконечников, выполненных в виде Г-образных сегментов, обращенных внутренней торцевой и цилиндрической поверхностями к обмотке якоря. Улучшение удельной мощности машины за счет увеличения площади магнитных полюсов в данной конструкции малоэффективно.Очевидно, что дальнейшее серьезное повышение эффективности генератора возможно только за счет более полного использования в работе витков обмотки статора путем радикального увеличения относительной длины их активной части. Это и стало задачей, на решение которой направленно заявленное изобретение. Поскольку, в результате информационного поиска не удалось выявить достаточно близкого аналога заявленного технического решения, в качестве прототипа выбрана классическая конструкция генератора (см. [2], стр. 369).Поставленная цель достигается тем, что статорная обмотка выполнена в виде катушек с сердечниками, размещенных внутри фигуры вращения, осью намотки которых является ось поперечного сечения фигуры вращения, а ротор снабжен двумя дополнительными торцевыми индукторами, расположение полюсов которых согласовано с полюсами центрального индуктора и которые вместе с ним охватывают статорную обмотку по периметру фигуры вращения с рабочим зазором, при этом индукторы скоммутированны таким образом, что в сечении полуплоскостью, началом которой является ось вращения ротора, их полюса одноименны, чередуясь попеременно в смежных полуплоскостях. Такая форма сопряжения статора и ротора увеличивает практически до 100% активную длину витка катушки статора (при 40-60% в рассмотренных аналогах), что пропорционально увеличивает удельную мощность генератора.Изложенная сущность изобретения поясняется чертежом - эскизом продольного сечения по оси вращения ротора, на котором изображен вариант конструкции трехфазного генератора согласно п.2 формулы.Устройство состоит из следующих основных узлов и деталей: статор состоит из несущей обечайки 1, внутри которой на стойках-опорах 2 концентрично подвешено силовое кольцо 3, имеющее в поперечном сечении форму равностороннего треугольника. На каждую из сторон треугольного кольца крепятся коробчатые лотки-магнитопроводы 4, отштампованные из листов электротехнической стали и подогнанные друг к другу с минимальными зазорами. Эти лотки-магнитопроводы образуют каркасы катушек статорной обмотки и, одновременно, их полюсные выступы. Каркасы-магнитопроводы смежных катушек также должны сопрягаться между собой с минимальными зазорами. Такое исполнение каркасов в виде индивидуальных магнитопроводов для каждой катушки статорной обмотки сокращает до минимума саму причину возникновения вихревых токов и высокочастотных гармоник. В лотках-магнитопроводах 4 размещаются витки катушек 5, ось намотки которых совпадает с осью поперечного сечения силового кольца 3. Вся обмотка статора состоит из восемнадцати катушек (по шесть катушек на фазу). Выводы 7 обмотки статора через изоляторы 8 монтируются на обечайку 1.Ротор состоит из центрального 9 и двух торцевых 10 и 11 индукторов, закрепленных на валу 6. Многополюсные сердечники 12 и 13 торцевых индукторов выполнены в виде ферромагнитного кольца с прорезанными в них двенадцатью пазами для размещения обмотки возбуждения. Пазы сердечников 12, 13 согласованы с пазами центрального индуктора 14, а сами индукторы скоммутированы таким образом, что в сечении полуплоскостью, началом которой является ось вращения ротора, их полюса одноименны. Сердечники 12 и 13 закреплены на валу 6 с помощью дисков 15 и 16, в свою очередь прикрепленных к втулкам 17 и 18, которые заштифтованы на валу 6. Вал 6 вращается на шарикоподшипниках 19 и 20, запрессованных в крышках 21 и 22, образующих совместно с обечайкой 1 корпус генератора. Выводы обмотки возбуждения припаяны к кольцам 23 и 24 коллектора. Подача напряжения возбуждения на индукторы ротора осуществляется через графитовые щетки 25 и 26 щеткодержателя 27.Если силовое кольцо 3 сделать полым и снабдить входным и выходным штуцерами, его можно использовать для интенсивного охлаждения статора с обмоткой.Генератор работает следующим образом. После подачи напряжения возбуждения и начала вращения ротора основная гармоника ЭДС индукции возникает в фазных обмотках статора в результате пересечения магнитных силовых линий многополюсных индукторов его катушками. Направление ЭДС в каждой из сторон треугольной катушки подчиняется правилу “правой руки” и при этом суммируется, а форма определяется изменением магнитной индукции в межполюсном пространстве индукторов. Магнитопроводы катушек статора выполняют роль усилителя их магнитной индукции и при появлении тока в фазных обмотках статора увеличивают его потокосцепление в раз.Опытный образец предлагаемого трехфазного генератора на частоту 500 Гц был изготовлен на базе автомобильного генератора марки Г 273А У-ХЛ (с когтеобразными полюсами). Следует отметить, что это был более ранний вариант конструкции, в котором катушки статорной обмотки имеют не трех-, а четырехугольную форму, а ротор имеет только два торцевых индуктора, охватывающих большие стороны катушек статорной обмотки. Такая форма сопряжения статора и индукторов ротора обеспечили примерно восьмидесятипроцентный охват статорной обмотки, что определяет и соответствующий выигрыш в удельной мощности генератора.Сравнительные результаты испытаний базового и опытного образцов приведены в таблице. Очевидно, что эффективность генератора, выполненного, например, согласно п.2 формулы, благодаря близкому к 100%-ому охвату его статорной обмотки индукторами ротора будет еще выше. Показатели снимались при 5000 об/мин (f~500 Гц), нагрузка генераторов - активная, напряжение возбуждения поднималось до достижения токов в индукторах, близких к насыщению.Литература1. Василевский В.И., Кулеев Ю.А. Автомобильные генераторы. М., 1971 г.2. Вольдек А.И. Электрические машины. Учебник. Л.: Энергия, 1978 г.Класс H02K19/22 с обмоткой, каждый виток которой взаимодействует поочередно с полюсами разной полярности, например попеременно-полюсный генератор
реактивная машина - патент 2412519 (20.02.2011) | |
электрическая редукторная машина с полюсным зубчатым индуктором - патент 2393614 (27.06.2010) | |
однофазный электрический генератор - патент 2392724 (20.06.2010) | |
тяговый мехатронный модуль - патент 2330371 (27.07.2008) | |
автомобильный генератор - патент 2319278 (10.03.2008) | |
тяговый мехатронный модуль - патент 2250548 (20.04.2005) | |
стартер-генератор - патент 2197635 (27.01.2003) | |
бесщеточная электрическая машина - патент 2170487 (10.07.2001) | |
зубчатый электромагнитный ротор - патент 2145459 (10.02.2000) |
Класс H02K19/16 синхронные генераторы
синхронный генератор - патент 2525847 (20.08.2014) | |
электрогенератор - патент 2523433 (20.07.2014) | |
автомобильный генератор - патент 2521742 (10.07.2014) | |
индукторный генератор - патент 2517172 (27.05.2014) | |
синхронный индукторный генератор - патент 2516447 (20.05.2014) | |
синхронный генератор - патент 2515564 (10.05.2014) | |
индукторный синхронный генератор - патент 2515265 (10.05.2014) | |
синхронный генератор - патент 2494519 (27.09.2013) | |
генератор - патент 2488211 (20.07.2013) | |
тихоходный торцевой синхронный генератор - патент 2446548 (27.03.2012) |