РОТОР СИНХРОННОЙ ЯВНОПОЛЮСНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 1995 года по МПК H02K1/24 

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к синхронным явнополюсным машинам.

Известен ротор синхронной явнополюсной машины, содержащий вал, на котором закреплен остов, к которому крепится ярмо-обод индуктора с прикрепленными к нему явновыраженными полюсами числом 2р, причем каждый полюс имеет закрепленную на трапецеидальном сердечнике катушку обмотки возбуждения, а в пазах полюсных башмаков уложены демпферные стержни, замкнутые по торцам короткозамыкающими кольцами, и каждый полюс к ярму-ободу крепится с помощью хвостовика и встречных клиньев. Полюсные башмаки имеют боковые грани, обращенные в междубашмачное пространство, в виде прямоугольников, а на заплечики башмаков опираются катушки обмотки возбуждения.

Прямоугольные кромки башмаков с заплечиками имеют повышенное значение потока рассеяния, составляющее 30-50% суммарного потока рассеяния полюсов, что увеличивает потери на возбуждение и переходное индуктивное сопротивление Х^I d, что снижает КПД и электроэнерговыработку, а также приводит к повышенному расходу материалов. Закрепление на каждом сердечнике полюсов собственной катушки обмотки возбуждения не позволяет достигнуть максимального использования междуполюсного пространства, что снижает КПД и электроэнерговыработку машины. Крепление каждого полюса к ярму-ободу ротора с помощью хвостовика и клиньев увеличивает трудоемкость монтажа полюсной системы. Неизолированные демпферные стержни от полюсных башмаков увеличивают потери на их поверхности и этим снижают КПД и электроэнерговыработку машины.

Цель изобретения снижение трудоемкости монтажа полюсов за счет применения их крепления к ободу с помощью хвостовика с чередованием таких полюсов через один, повышение КПД и электроэнерговыработки синхронной машины за счет выполнения кромки полюсных башмаков скошенной к воздушному зазору и закрепления катушки обмотки возбуждения на выемных полюсах с помощью немагнитных шайб, повышение КПД и электроэнерговыработки машины за счет изолировки демпферных стержней и колец от полюсов, снижение величины переходного индуктивного сопротивления X^I d за счет выполнения кромок полюсных башмаков скошенными к воздушному зазору, повышение термической устойчивости демпферной системы за счет изолировки от полюсов ее стержней и колец.

На фиг. 1 изображен ротор, вид сбоку; на фиг. 2 показано полюсное деление ротора; на фиг. 3 представлен торец полюса с короткозамкнутым кольцом.

Ротор 1 содержит вал 2, на котором закреплен остов 3, к которому крепятся индуктор 4, содержащий ярмо-обод 5, и явновыраженные съемные 6 и несъемные 7 полюса. Сердечники 8 полюсов выполнены трапецеидальными с хвостовиками 9, заходящими в пазы 10 ярма-обода 5 и закрепленными в них встречными клиньями 11. Сердечники 12 полюсов выполнены как одно целое с ярмом-ободом 5 и чередуются с полюсами 6 через один. Полюсные башмаки 13 выполнены со скошенными к воздушному зазору боковыми гранями 14. В междубашмачном пространстве 15 размещена шайба 16 крепления катушек обмотки 17 возбуждения, надетых на съемный полюс 6. Шайба 16 изолирована от полюсного башмака 13 соседнего полюса 7 диэлектрической прокладкой и прикреплена к полюсу 7, например, с помощью сварки 18. Демпферные стержни 19, уложенные в пазах 20 полюсных башмаков 13, изолированы диэлектриком 21, например втулкой из полиимида или фторопласта.

На фиг. 2 представлено полюсное деление индуктора 4 с полюсами 6 и 7 и расположенной в междуполюсном пространстве 22 катушкой обмотки 17 возбуждения, изолированной от сердечников 8 и 12 диэлектрической прокладкой 23, от шайбы 16 крепления диэлектрической шайбой 24, а от ярма-обода 5 диэлектрической шайбой 25, причем между слоями катушки 17 возбуждения выполнены вентиляционные промежутки 26, а в шайбе 16 крепления проходные отверстия 27.

На фиг. 3 представлен торец полюсов 6 или 7, в полюсные башмаки 13 которых уложены демпферные стержни 19, уложенные в пазы 20 и изолированные диэлектриком 21. Короткозамыкающие элементы 28 прикреплены к демпферным стержням 19 электрически с помощью пайки.

Ротор 1 осуществляет поставленные цели следующим образом. Полюсные башмаки 13 со скошенными боковыми гранями к воздушному зазору уменьшают составляющую потока рассеяния в междубашмачном пространстве 15 на 20-30% что уменьшает суммарный поток рассеяния и переходное индуктивное сопротивление X^I d на 2-3% за счет разряжения магнитных силовых линий в местах соединения сердечников 8 и 12 с башмаками 13. Полюса 6 с закрепленными на них катушками 17 возбуждения с помощью шайбы 16 крепления устанавливаются в пазах 10 ярма-обода 5 и расклиниваются встречными клиньями 11, причем эта операция установки и расклиновки выполняется только для числа полюсов р, вдвое меньшего, чем в прототипе.

В междуполюсном промежутке 22 по фиг. 2 возможно расположение за счет шайбы 16 n слоев катушки 17 возбуждения с промежутками 26 охлаждения числом n-1, что позволяет повысить коэффициент заполнения промежутка 22 на 20-25% медью и улучшить обдув катушки за счет увеличения площади теплосъема. Шайба 16 надежно крепит катушку обмотки 17 возбуждения в межполюсном пространстве 22 от действия центробежных сил.

К преимуществам изобретения по сравнению с прототипом относятся следующие. Выполнение р полюсов съемными с предварительно закрепленными на них катушками обмотки возбуждения позволяет уменьшить трудоемкость сборочно-монтажных работ по креплению полюсов практически вдвое, что особенно важно для тихоходных машин и в первую очередь для гидрогенераторов. Выполнение полюсных наконечников со скошенными к воздушному зазору боковыми гранями позволяет уменьшить потери на возбуждение и переходное индуктивное сопротивление X^I d. Выполнение полюсов с закрепленной в междубашмачном промежутке немагнитной шайбой крепления позволяет повысить на 20-25% заполнение межполюсного промежутка проводниковым материалом, что снижает потери и нагрев обмотки возбуждения и повышает КПД машины. Применение катушек обмотки возбуждения, закрепленных на р полюсах, позволяет за счет уменьшения частоты торцового потока рассеяния ротора вдвое уменьшить потери в крайних пакетах статора и этим снизить их нагрев и повысить КПД машины. Применение изолированной от полюсов демпферной системы позволяет уменьшить потери в полюсных башмаках от блуждающих высокочастотных токов, что повышает КПД машины и ее надежность за счет исключения вероятности подгаров в перемежающихся контактах демпферной системы и элементами полюса от электроэррозии и снижения вероятности подшипниковых токов от потенциала демпферной системы индуктированного зубчатостью статора и магнитодвижущей силы его обмотки. Кроме того, повышается термическая стойкость обмотки демпфирования, что важно в несимметричных, переходных и асинхронных режимах.

Изобретение может быть использовано в синхронных явнополюсных машинах: генераторах, двигателях, гидрогенераторах и синхронных компенсаторах в широком диапазоне мощностей.

Использование: в синхронных генераторах, двигателях и компенсаторах. Сущность изобретения: ротор 1 синхронной явнополюсной машины выполнен со съемными полюсами 6, чередующимися с полюсами 7, выполненными как одно целое с ярмом-ободом 5. Катушки обмотки 17 возбуждения закреплены только на съемных полюсах 6 с помощью немагнитной шайбы 16. Кромки полюсных башмаков выполнены скошенными к воздушному зазору для уменьшения потока рассеяния полюсов. Демпферная система выполнена изолированной от полюсов 6 и 7 с помощью термостойкого диэлектрика. Изобретение может быть использовано для повышения КПД и надежности. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. РОТОР СИНХРОННОЙ ЯВНОПОЛЮСНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащий вал с закрепленным на нем остовом, к которому прикреплены кольцевой обод с полюсами, половина из которых выполнена съемными, на сердечниках которых надеты катушки обмотки возбуждения, изолированные от магнитопровода ротора диэлектрическими шайбами, в пазы полюсных башмаков уложены демпферные стержни, которые по обоим торцам замкнуты короткозамыкающими кольцеобразными элементами, а катушки обмотки возбуждения закреплены с помощью немагнитных шайб, отличающийся тем, что вторая половина полюсов выполнена как одно целое с ободом ротора, при этом съемные полюса с катушками возбуждения чередуются с полюсами, выполненными как одно целое с ободом. 2. Ротор по п.1, отличающийся тем, что опорные поверхности полюсных башмаков, соприкасающиеся с немагнитными шайбами крепления катушек обмотки возбуждения, выполнены со скосом в направлении воздушного зазора. 3. Ротор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что все демпферные стержни каждого полюса изолированы диэлектриком от полюсных башмаков.