ИНДУКТОР ЯВНОПОЛЮСНОГО МАГНИТОПРОВОДА Российский патент 1994 года по МПК H02K1/24 

Изобретение относится к электромашиностроению и, в частности, к магнитопроводам индукторов явнополюсных машин переменного и постоянного тока.

Известна конструкция магнитопровода явнополюсного индуктора синхронной машины, содержащего ярмо-обод, к которому крепятся явновыраженные полюса с обмоткой намагничивания, содержащие сердечники из постоянных магнитов, закрепленные с помощью болтов, и полюсные массивные башмаки, закрепленные с помощью тех же болтов и выполненные в виде параллелограмма, параллельные стороны которого проходят по торцам полюсов. Форма параллелограмма позволяет производить скосом полюсных съемных башмаков подавление зубцовых гармонических от зубчатости магнитопровода статора в кривой поля воздушного зазора и напряжения обмотки статора [1].

К недостаткам описанной в [1] конструкции следует отнести следующее. Съемные полюсные башмаки с болтовым креплением ограничивают применение этой конструкции по частоте вращения и по мощности малыми и средними их величинами. Отверстия в башмаках под болты создают в магнитном поле воздушного зазора третью гармоническую, которая создает дополнительные потери в магнитном сердечнике и обмотке статора и искажает фазное напряжение. Применение массивных полюсных башмаков увеличивает потери на их поверхности, ухудшая КПД машины. Рассмотренная конструкция является прототипом изобретения.

Целью изобретения является применение скошенных полюсных башмаков в конструкции шихтованных явновыраженных полюсов при использование одного штампа для сердечников полюсов.

Шихтованные полюса с неотъемными полюсными башмаками, имеющими прямоугольную форму их проекций на горизонтальную плоскость и обе боковые грани в виде прямоугольников, выполняются с приставками к боковым граням, изготовленным из ферромагнитного материала массивными в виде трапеций, большое и малое основание которых размещены параллельно торцам сердечников, а обе ферромагнитные приставки, прикрепленные к противоположным боковым граням башмаков, образуют с башмаком каждого полюса параллелограмм, причем диагональные стороны параллелограммов соседних полюсов образуют пары параллельных прямых. Шихтованные полюса с неотъемными башмаками выполняются с приставками к боковым их граням, выполненными в виде шихтованных элементов, закрепленных в немагнитной шайбе крепления обмотки возбуждения.

На фиг.1 показано одно полюсное деление в разрезе; на фиг.2 - вид Г на фиг. 1; на фиг.3 - ферромагнитная приставка, прикрепленная к боковой грани полюсного башмака.

На фиг.1 изображен индуктор 1, содержащий явновыраженные полюса 2, ярмо-обод 3, причем ферромагнитная приставка 4, прикрепленная к боковой грани 5 башмаков 6 с одной их стороны, а с другой в этом же сечении приставка 7 крепится к боковой грани 8 башмака 9 другой полярности. Приставки 4 и 7, изготовленные из ферромагнитного металла массивными или шихтованными, закреплены в немагнитной шайбе 10 крепления катушек 11 и 12 возбуждения с помощью, например, сварных швов 13 и углублений в шайбах 10. Размеры: Д - ширина башмаков 6 и 9, А_4,7 - малое основание приставок 4 и 7, В_4,7 - большое основание приставок 4 и 7, τ_p - полюсное деление ротора, 14 - междубашмачный промежуток.

На фиг.2 представлена проекция полюсного деления индуктора 1 на горизонтальную плоскость, которая показывает на примере шихтованных приставок 4, 7 к боковым граням 5 и 8 башмаков 6, 9 полюса 2, причем приставки 4, 7 закреплены внутри немагнитной шайбы 10 с помощью сварных швов 13. В общем случае размерные цепочки по торцам полюсов 2 выполняются по равенствам: τ_p= D + A₄ + K + B₇ = D + A₇ + K+ B₄, а скос башмаков 6,9 C = B₄ - A₄ = B₇ - A₇ = T_z arcsin(π ˙ p ˙ k_z f_z: π ˙ p ˙ k_zf_z), при этом должно выполняться условие: К = const даже при А₄ ≠ А₇ и В₄ ≠ В₇, что возможно в некоторых частных случаях при реконструкции роторов.

На фиг. 3 представлена конструкция крепления массивной ферромагнитной приставки 4 или 7 к боковым граням 5 или 8 башмаков 6 и 9, выполненная с помощью сварных швов 13. В этой конструкции для разгрузки приставок 4, 7 от центробежных сил катушек 11, 12 между выступов шайбы 17 и приставками 4, 7 выполнен зазор 18. В пазы башмаков 6, 9 уложены демпферные стержни 15, а катушки 11, 12 изолированы от полюсов 2 диэлектриком 16.

Конструкция индукторов 1 выполняет свои функции по снижению содержания зубцовых гармонических в кривой поля воздушного зазора при соблюдении следующих условий: Ф = sin(π ˙ p ˙ k_zf_z: π ˙ p ˙ k_zf_z) = min для зубцовых гармоник порядков k = 1,2,3,...,м. Для специальных требований по коэффициенту искажения напряжения: Ф = 0 при k = 1, а для снижения телефонных помех: Ф = 0 при k = 2,3,...,м, где р = С/Т_z - относительный скос башмака на длине 1 м. При выполнении этих соотношений и при конструкциях приставок 4,7 по фиг. 1-3 обеспечивается применение одного штампа для всех шихтованных сердечников полюсов 2.

Преимущества изобретения следующие. Снижается трудоемкость изготовления штамповочной оснастки полюсов за счет изготовления одного штампа для всех полюсов, снижается себестоимость машины. Применение трапецеидальных шихтованных приставок к полюсным башмакам, закрепленным внутри немагнитной шайбы крепления обмотки возбуждения, позволяет снизить потери на поверхности приставок и повысить надежность конструкции скоса башмаков. Применение массивных трапецеидальных приставок к башмакам позволяет снизить трудоемкость изготовления приставок, Констукция скоса башмаков позволяет доводить до требуемого уровня состав гармоник и на изготовленных машинах изобретение может быть использовано в синхронных явнополюсных машинах и машинах постоянного тока при новом конструировании и в случаях доработки по требованиям коэффициента искажения напряжения и коэффициента телефонных помех, а также по снижению вибраций и шумов в уже изготовленных машинах, на стендах завода-изготовителя и на местах установки.

Условные обозначения: Т - зубцовый шаг статора; k - порядок зубцовой гармонической; К - воздушный промежуток между приставками в междубашмачном пространстве; Ф - коэффициент снижения данной зубцовой гармонической; f_z - зубцовая гармоническая первого порядка.

Использование: в электрических машинах с явновыраженными полюсами синхронных и постоянного тока. Сущность изобретения: явнополюсный индуктор содержит расположенные по окружности полюса с полюсными наконечниками, на которых расположены катушки обмотки возбуждения. Вдоль боковых граней полюсных наконечников закреплены приставки трапецеидальной формы, обеспечивающие скос полюсных наконечников относительно продольной оси. Полюсные наконечники вместе с приставками имеют форму параллелограмма. Приставки могут быть прикреплены непосредственно к боковым граням полюсных наконечников или закреплены в немагнитных шайбах, установленных между полюсными наконечниками. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. ИНДУКТОР ЯВНОПОЛЮСНОГО МАГНИТОПРОВОДА, содержащий обод, на котором по окружности закреплены полюса, на сердечниках которых размещены катушки обмотки возбуждения, а полюсные наконечники выполнены скошенными относительно продольной оси, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости изготовления, вдоль боковых граней полюсных наконечников закреплены приставки трапецеидальной формы, причем обращенные одна к другой грани приставок соседних полюсных наконечников выполнены параллельными, а полюсный наконечник с приставками имеет форму параллелограмма. 2. Индуктор по п.1, отличающийся тем, что приставки трапецеидальной формы прикреплены к боковым граням полюсных наконечников сваркой. 3. Индуктор по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД путем снижения поверхностных потерь, приставки трапецеидальной формы выполнены шихтованными и закреплены в немагнитных шайбах. 4. Индуктор по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что приставки трапецеидальной формы, выполненные шихтованными, закреплены в немагнитных шайбах, установленных между краями полюсных наконечников соседних полюсов. 5. Индуктор по пп.1 - 4, отличающийся тем, что, с целью уменьшения вибрации, расстояния между смежными боковыми гранями приставок всех полюсных наконечников в тангенциальном направлении выполнены одинаковыми.