СИНХРОННАЯ ГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА С ВОЗБУЖДЕНИЕМ ОТ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ Российский патент 2006 года по МПК H02K21/12 

Изобретение относится к области электромашиностроения, в частности к синхронным генераторным установкам с возбуждением от постоянных магнитов, и может быть использовано в источниках электроэнергии на автомобилях, катерах, а также в автономных энергоустановках для проведения электродуговой сварки постоянным током.

Известна синхронная генераторная установка с возбуждением от постоянных магнитов, содержащая неподвижный несущий узел статора с опорными подшипниками, на котором смонтирован кольцевой магнитопровод с полюсными выступами по периферии, снабженными размещенными на них электрическими катушками с якорной обмоткой, а также установленный на опорном валу с возможностью вращения в указанных опорных подшипниках ротор с постоянными магнитами возбуждения и блок выпрямителя переменного тока (см. напр. А.И.Вольдек. «Электрические машины», изд. Энергия, Ленинградское отделение, 1974 г., с.794).

Недостатками известной синхронной генераторной установки являются большая металлоемкость и значительные габариты, обусловленные значительными металлоемкостью и габаритами массивного цилиндрической формы ротора, выполненного с постоянными магнитами возбуждения из магнитотвердых сплавов (типа ални, алнико и др.).

Известна также синхронная генераторная установка с возбуждением от постоянных магнитов, содержащая неподвижный несущий узел статора с опорными подшипниками, на котором смонтирован кольцевой магнитопровод с полюсными выступами по периферии, снабженными размещенными на них электрическими катушками с якорной обмоткой, установленный с возможностью вращения вокруг неподвижного несущего узла статора кольцевой ротор со смонтированными на внутренней боковой стенке постоянными магнитами возбуждения, образующими между собой кольцевой вкладыш с чередующимися в окружном направлении магнитными полюсами, охватывающий полюсные выступы с электрическими катушками якорной обмотки указанного кольцевого магнитопровода статора, а также содержащая блок выпрямителя переменного тока (см. напр. патент РФ №2141716, кл. Н 02 К 21/12 по заявке №4831043/09 от 02.03.1988 г.).

Недостатком известной синхронной генераторной установки с возбуждением от постоянных магнитов является малая надежность в эксплуатации, обусловленная технологической сложностью конструкции составного кольцевого вкладыша с постоянными магнитами, имеющими переменную в радиальном направлении ширину, а также обусловленная низкой надежностью крепления отдельных постоянных магнитов к внутренней боковой стенке кольцевой обоймы, образующей кольцевой ротор (использование образующих кольцевую обойму диамагнитной пластмассовой кольцевой проставки и бандажного кольца, воспринимающего радиально направленные и весьма значительные центробежные силы при вращении кольцевого вкладыша с постоянными магнитами). Дополнительным недостатком известной синхронной генераторной установки с возбуждением от постоянных магнитов являются узкие эксплуатационные параметры, обусловленные отсутствием возможности регулирования активной мощности синхронной генераторной установки, поскольку в конструкции этой синхронной генераторной установки отсутствует возможность оперативного изменения величины общего магнитного потока, создаваемого отдельными постоянными магнитами.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является синхронная генераторная установка с возбуждением от постоянных магнитов, содержащая неподвижный несущий узел статора с опорными подшипниками, на котором смонтирован кольцевой магнитопровод с полюсными выступами по периферии, снабженными размещенными на них электрическими катушками с якорной обмоткой, установленный на опорном валу с возможностью вращения в упомянутых опорных подшипниках вокруг неподвижного несущего узла статора кольцевой ротор со смонтированными на внутренней боковой стенке постоянными магнитами возбуждения, образующими между собой кольцевой вкладыш с чередующимися в окружном направлении магнитными полюсами, охватывающий полюсные выступы с электрическими катушками якорной обмотки указанного кольцевого магнитопровода статора, а также содержащая блок выпрямителя переменного тока, подключенный к якорной обмотке кольцевого магнитопровода статора и к выходным электрическим силовым разъемам (см. патент РФ №2069441, кл. Н 02 К 21/22 по заявке №4894702/07 от 01.06.1990 г.).

Недостатками известной синхронной генераторной установки с возбуждением от постоянных магнитов являются малая надежность в эксплуатации, обусловленная низкой надежностью крепления отдельных постоянных магнитов к внутренней боковой стенке индуктора (кольцевой обоймы ротора), а также узкие эксплуатационные параметры, обусловленные как отсутствием возможности регулирования активной мощности синхронной генераторной установки, так и отсутствием возможности регулирования напряжения переменного и постоянного тока и величины переменного и постоянного тока на выходе этой синхронной генераторной установки, что в свою очередь затрудняет возможность использования ее в качестве источника постоянного сварочного тока при электродуговой сварке (в конструкции известной синхронной генераторной установки отсутствует как возможность оперативного изменения величины общего магнитного потока отдельных постоянных магнитов, образующих между собой кольцевой вкладыш, так и возможность регулирования величины напряжения на выходе).

Целью настоящего изобретения является повышение надежности в эксплуатации синхронной генераторной установки путем повышения надежности крепления постоянных магнитов в индукторе (кольцевой обойме ротора), а также расширение ее эксплуатационных параметров путем обеспечения возможности регулирования как активной мощности синхронной генераторной установки, так и возможности регулирования напряжения переменного и постоянного тока и величины переменного и постоянного тока, а также обеспечения возможности использования ее в качестве источника постоянного сварочного тока при проведении электродуговой сварки на различных режимах.

Поставленная цель достигается тем, что в синхронной генераторной установке с возбуждением от постоянных магнитов, содержащей неподвижный несущий узел статора с опорными подшипниками, на котором смонтирован кольцевой магнитопровод с полюсными выступами по периферии, снабженными размещенными на них электрическими катушками с якорной обмоткой статора, установленный на опорном валу с возможностью вращения в упомянутых опорных подшипниках вокруг неподвижного несущего узла статора кольцевой ротор со смонтированными на внутренней боковой стенке постоянными магнитами возбуждения, образующими между собой кольцевой вкладыш с чередующимися в окружном направлении магнитными полюсами, охватывающий полюсные выступы с электрическими катушками якорной обмотки указанного кольцевого магнитопровода статора, а также содержащей блок выпрямителя переменного тока, подключенный к якорной обмотке кольцевого магнитопровода статора и к выходным электрическим силовым разъемам, согласно изобретению несущий узел статора выполнен, по крайней мере, из двух одинаковых секций, каждая из которых включает кольцевую втулку с наружным упорным фланцем, а кольцевой ротор выполнен, по крайней мере, также из двух одинаковых секций, каждая из которых включает кольцевую обечайку с внутренним упорным фланцем, при этом указанные кольцевые втулки секций несущего узла статора расположены соосно друг к другу и соосно опорному валу, сопряжены своей внутренней цилиндрической боковой стенкой с упомянутыми опорными подшипниками и жестко соединены между собой посредством крепежного узла, сопряженного с наружными упорными фланцами кольцевых втулок смежных секций несущего узла статора, а упомянутые кольцевые обечайки секций кольцевого ротора расположены также соосно друг к другу и соосно опорному валу и жестко соединены между собой и с опорным валом посредством дополнительного крепежного узла, сопряженного с внутренними упорными фланцами смежных кольцевых обечаек и с опорным валом, причем упомянутый кольцевой вкладыш с постоянными магнитами и с чередующимися в окружном направлении магнитными полюсами выполнен, по крайней мере, из двух одинаковых секций, каждая из которых включает монолитное магнитное кольцо из порошкового магнитоанизотропного материала, жестко сопряженное с внутренней боковой цилиндрической стенкой кольцевой обечайки соответствующей секции кольцевого ротора, а указанный кольцевой магнитопровод несущего узла статора выполнен также, по крайней мере, из двух одинаковых секций, каждая из которых включает монолитный диск из порошкового композиционного магнитомягкого материала с радиальными полюсными выступами по периферии, сопряженный своей внутренней боковой цилиндрической стенкой с наружной боковой цилиндрической стенкой указанной соответствующей кольцевой втулки, при этом якорные обмотки секций кольцевого магнитопровода несущего узла статора снабжены подключенным к их фазам многофазным блоком коммутации этих якорных обмоток секций кольцевого магнитопровода несущего узла статора из общего их числа, выход которого подключен к упомянутому блоку выпрямителя переменного тока.

Дополнительным отличием предложенной синхронной генераторной установки с возбуждением от постоянных магнитов является то, что упомянутый крепежный узел, соединяющий между собой кольцевые втулки смежных секций несущего узла статора, включает упорное цилиндрическое кольцо и группу стяжных резьбовых стержней, пропущенных через отверстия, выполненные в наружных упорных фланцах кольцевых втулок указанных секций несущего узла статора, и через отверстия, выполненные в торцевых стенках указанного упорного цилиндрического кольца, а упомянутый дополнительный крепежный узел, соединяющий между собой кольцевые обечайки смежных секций кольцевого ротора и опорный вал, включает установленную на опорном валу ступицу со стяжным фланцем, сопряженным своими торцевыми стенками с внутренними упорными фланцами соответствующих кольцевых обечаек смежных секций кольцевого ротора.

Дополнительным отличием предложенной синхронной генераторной установки с возбуждением от постоянных магнитов является то, что многофазный блок коммутации якорных обмоток секций кольцевого магнитопровода несущего узла статора смонтирован совместно с указанным блоком выпрямителя переменного тока посредством опорного узла на кольцевой втулке одной из внешних секций несущего узла статора. Кроме того, указанный опорный узел, на котором смонтированы упомянутые блоки выпрямителя переменного тока и коммутации якорных обмоток секций кольцевого магнитопровода несущего узла статора, включает дополнительное упорное цилиндрическое кольцо с отверстиями на торцевых стенках и упорный диск с отверстиями по периферии, через которые и отверстия в дополнительном упорном кольце пропущены упомянутые стяжные резьбовые стержни, при этом дополнительное упорное кольцо сопряжено с наружным фланцем кольцевой втулки одной из внешних секций несущего узла статора и с упорным диском, на котором установлены указанные блоки выпрямителя переменного тока и коммутации якорных обмоток секций кольцевого магнитопровода несущего узла статора.

Дополнительным отличием предложенной синхронной генераторной установки является то, что многофазный блок коммутации якорных обмоток секций кольцевого магнитопровода несущего узла статора снабжен подключенными к нему дополнительными выходными электрическими силовыми разъемами, смонтированными на неподвижном несущем узле статора.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен общий вид предложенной синхронной генераторной установки с возбуждением от постоянных магнитов в продольном разрезе;

На фиг.2 - разрез А-А по фиг.1;

На фиг.3 изображена блок-схема синхронной генераторной установки с возбуждением от постоянных магнитов.

Синхронная генераторная установка содержит (см. фиг.1 и 2) неподвижный несущий узел 1 статора с опорными подшипниками 2, 3 и 4, на котором смонтирован кольцевой магнитопровод с полюсными выступами по периферии, снабженными размещенными на них электрическими катушками 5 с якорной обмоткой 6 (например, трехфазной или в общем случае м-фазной, в том числе и однофазной), установленный на опорном валу 7 с возможностью вращения в упомянутых опорных подшипниках 2, 3 и 4 вокруг неподвижного несущего узла 1 статора кольцевой ротор 8 (индуктор) со смонтированными на внутренней боковой стенке постоянными магнитами возбуждения, образующими между собой кольцевой вкладыш с чередующимися в окружном направлении магнитными полюсами, охватывающий полюсные выступы с электрическими катушками 5 якорной обмотки 6 указанного кольцевого магнитопровода статора, а также содержит блок 9 выпрямителя переменного тока (например, трехфазного выпрямителя или в общем случае м-фазного, в том числе и однофазного), подключенный к якорной обмотке 6 (например, трехфазной якорной обмотке) несущего узла 1 статора. Несущий узел 1 статора выполнен, по крайней мере, из двух одинаковых секций, каждая из которых включает кольцевую втулку 10 с наружным упорным фланцем 11, а кольцевой ротор 8 выполнен, по крайней мере, из двух одинаковых секций, каждая из которых включает кольцевую обечайку 12 с внутренним упорным фланцем 13. Указанные кольцевые втулки 10 секций несущего узла 1 статора расположены соосно друг к другу и соосно опорному валу 7, сопряжены своей внутренней цилиндрической боковой стенкой «а» с упомянутыми опорными подшипниками 2, 3 и 4 и жестко соединены между собой посредством крепежного узла, сопряженного с наружными упорными фланцами 11 кольцевых втулок 10 смежных секций несущего узла 1 статора. Упомянутые кольцевые обечайки 12 секций кольцевого ротора 8 расположены также соосно друг к другу и соосно опорному валу 7 и жестко соединены между собой посредством дополнительного крепежного узла, сопряженного с внутренними упорными фланцами 13 смежных кольцевых обечаек 12.

Указанный кольцевой вкладыш с постоянными магнитами и с чередующимися в окружном направлении магнитными полюсами выполнен, по крайней мере, из двух одинаковых секций, каждая из которых включает монолитное магнитное кольцо 14 из порошкового магнитоанизотропного материала, жестко сопряженное с внутренней боковой цилиндрической стенкой «б» кольцевой обечайки 12 соответствующей секции кольцевого ротора 8 (например, запрессованное в эту кольцевую обечайку), а указанный кольцевой магнитопровод несущего узла 1 статора выполнен также, по, крайней мере, из двух одинаковых секций, каждая из которых включает монолитный диск 15 из порошкового композиционного магнитомягкого материала с радиальными полюсными выступами 16 по периферии, сопряженный своей внутренней боковой цилиндрической стенкой с наружной боковой цилиндрической стенкой «в» указанной соответствующей кольцевой втулки 10 и образующий совместно с кольцевой обечайкой 12 кольцевую полость «г». Якорные обмотки 6 секций кольцевого магнитопровода несущего узла 1 статора снабжены подключенным к их фазам многофазным блоком 17 коммутации этих якорных обмоток 6 секций кольцевого магнитопровода несущего узла статора из общего их числа (для последовательного, параллельного и выборочного включения якорных обмоток 6 из общего их числа), выход которого подключен к упомянутому блоку 9 выпрямителя переменного тока, смонтированному совместно с многофазным блоком 17' коммутации якорных обмоток секций кольцевого магнитопровода посредством опорного узла на кольцевой втулке 10 одной из внешних секций несущего узла 1 статора. Упомянутый крепежный узел, соединяющий между собой кольцевые втулки 10 смежных секций несущего узла 1 статора, включает упорное цилиндрическое кольцо 18 и группу стяжных резьбовых стержней 19, пропущенных через отверстия, выполненные в наружных упорных фланцах 11 кольцевых втулок 10 указанных секций несущего узла 1 статора, и через отверстия, выполненные в торцевых стенках указанного упорного цилиндрического кольца 18. Упомянутый дополнительный крепежный узел, соединяющий между собой кольцевые обечайки 12 смежных секций кольцевого ротора 8 и опорный вал 7, включает установленную неподвижно на опорном валу 7 (например, посредством шпоночного соединения) ступицу 20 со стяжным фланцем 21, сопряженным своими торцевыми стенками с внутренними упорными фланцами 13 соответствующих кольцевых обечаек 12 секций кольцевого ротора 8 и скрепленным с этими кольцевыми обечайками 12 посредством крепежных элементов 22 (например, заклепок). Опорный узел, на котором смонтированы упомянутые блоки 9, 17 выпрямителя переменного тока и соответственно коммутации якорных обмоток секций кольцевого магнитопровода несущего узла статора, включает дополнительное упорное цилиндрическое кольцо 23 с отверстиями на торцевых стенках и упорный диск 24 с отверстиями по периферии, через которые и отверстия в дополнительном упорном цилиндрическом кольце 23 пропущены упомянутые стяжные резьбовые стержни 19. Дополнительное упорное цилиндрическое кольцо 23 сопряжено с наружным упорным фланцем 11 кольцевой втулки 10 одной из внешних секций несущего узла 1 статора и с упорным диском 24, на котором установлены указанные блоки 9, 17 выпрямителя переменного тока и соответственно коммутации якорных обмоток секций кольцевого магнитопровода несущего узла статора. На одном из концов опорного вала 7 установлен посредством дополнительной ступицы 25 с фланцем 26 шкив 27 клиноременной передачи для приведения во вращение опорного вала 7 совместно с кольцевым ротором 8. Дополнительная ступица 25 неподвижно соединена (например, посредством шпоночного соединения) с концом опорного вала 7. Фланец 26 дополнительной ступицы 25 жестко соединен посредством крепежных элементов 28 (например, винтов) с внутренним упорным фланцем 13 кольцевой обечайки 12 одной из концевых секций кольцевого ротора 8, расположенной со стороны одного конца опорного вала 7.

Передача крутящего момента от шкива 27 клиноременной передачи к дополнительной ступице 25 осуществляется посредством штифтов 29, запрессованных в соответствующие отверстия, выполненные в торце шкива 27 и фланце 26 дополнительной ступицы 25. Шкив 27 клиноременной передачи закреплен на дополнительной ступице 25 посредством крепежных элементов 30 (например, болтов). На другом конце опорного вала 7 (со стороны упорного диска 24) установлена неподвижно скрепленная с опорным валом 7 другая дополнительная ступица 31 с фланцем 32, жестко сопряженным посредством упомянутых крепежных элементов 28 (например, винтов) с внутренним упорным фланцем 13 кольцевой обечайки 12 другой из концевых секций кольцевого ротора 8, расположенной со стороны другого конца опорного вала 7. Монолитные диски 15 из порошкового композиционного магнитомягкого материала соответствующих кольцевых магнитопроводов секций несущего узла 1 статора жестко закреплены на кольцевых втулках 10 соответствующих секций несущего узла 1 статора посредством фиксирующих колец 33 и соответствующих крепежных элементов 34 (например, винтов или болтов). Стяжной фланец 21 ступицы 20 выполнен с радиальными вентиляционными отверстиями «д» по периферии и с отверстиями «ж» в торцевых стенках для прохождения воздушного потока, охлаждающего якорные обмотки 6 секций кольцевого магнитопровода статора. Во фланце 32 дополнительной ступицы 31 также выполнены вентиляционные отверстия «и» для прохождения охлаждающего воздушного потока, а в указанном упорном диске 24 выполнены вентиляционные воздухозаборные отверстия «к».

Таким образом, в представленном варианте исполнения синхронной генераторной установки имеется четыре секции отдельных синхронных генераторов переменного тока, состоящих из кольцевого ротора 8 с соответствующими четырьмя кольцевыми обечайками 12, двух секций несущего узла 1 статора с двумя кольцевыми втулками 10, четырех секций кольцевого магнитопровода несущего узла 1 статора с соответствующими четырьмя монолитными дисками 15 из порошкового композиционного магнитомягкого материала и из четырех секций кольцевого вкладыша с постоянными магнитами, образованных монолитными магнитными кольцами 14 из порошкового магнитоанизотропного материала с чередующимися в окружном направлении магнитными полюсами постоянных магнитов. Блок 9 выпрямителя переменного тока (например, трехфазного выпрямителя или в общем случае м-фазного) снабжен пластинчатым радиатором 35 для охлаждения полупроводниковых вентилей блока этого выпрямителя.

Несущий узел 1 статора снабжен смонтированным на нем защитным кожухом 36, выполненным с вентиляционными отверстиями. Выход блока 9 выпрямителя переменного тока подключен к выходным электрическим силовым разъемам 37. Многофазный блок 17 коммутации якорных обмоток 6 секций кольцевого магнитопровода несущего узла статора снабжен подключенными к нему выходными дополнительными электрическими силовыми разъемами 38 (силовыми электрическими, розетками), смонтированными на неподвижном несущем узле 1 статора (монтаж электрических силовых разъемов 37 и 38 на фиг.1 условно не показан).

Синхронная генераторная установка с возбуждением от постоянных магнитов работает следующим образом.

От привода (например, от двигателя внутреннего сгорания, преимущественно дизеля, на чертеже не показано) через шкив 27 клиноременной передачи вращательное движение передается к опорному валу 7 с секциями кольцевого ротора 8, образованными кольцевыми обечайками 12 с внутренними упорными фланцами 13 и монолитными магнитными кольцами 14 из порошкового магнитоанизотропного материала. При вращении кольцевых обечаек 12 с установленными в них упомянутыми монолитными магнитными кольцами 14 создаются вращающиеся магнитные потоки, пронизывающие воздушный кольцевой зазор между монолитными магнитными кольцами 14 и упомянутыми монолитными дисками 15 секций кольцевого магнитопровода несущего узла 1 статора, а также пронизывающие радиальные полюсные выступы 16 указанных монолитных дисков 15 неподвижных секций кольцевого магнитопровода несущего узла 1 статора (с попеременным прохождением «северных» и «южных» чередующихся магнитных полюсов монолитных магнитных колец 14 над радиальными полюсными выступами 16 монолитных дисков 15 указанных секций кольцевого магнитопровода несущего узла 1 статора) и вызывающие пульсации вращающегося магнитного потока как по величине, так и по направлению в радиальных полюсных выступах 16 упомянутых монолитных дисков 15. При этом в фазах якорных обмоток 6 секций кольцевого магнитопровода несущего узла 1 статора, образованных указанными монолитными дисками 15 из порошкового композиционного магнитомягкого материала, индуктируется синусоидальная переменная электродвижущая сила (ЭДС) с частотой, равной произведению числа пар магнитных полюсов в монолитном магнитном кольце 14 на частоту вращения кольцевого ротора 8 (индуктируется переменная ЭДС преимущественно повышенной частоты, например 400 Гц). Переменный ток (например, трехфазный или в общем случае м-фазный, в том числе и однофазный с повышенной частотой 400 Гц), протекающий по якорным обмоткам 6 секций кольцевого магнитопровода несущего узла 1 статора, подается далее на вход многофазного блока 17 коммутации якорных обмоток 6 секций кольцевого магнитопровода несущего узла 1 статора (для последовательного, параллельного или выборочного включения якорных обмоток 6 секций кольцевого магнитопровода из общего их числа), а с выхода указанного многофазного блока 17 коммутации переменный ток подается к блоку 9 выпрямителя переменного тока (например, трехфазного выпрямителя или в общем случае м-фазного, в том числе и однофазного), в котором преобразуется в постоянный ток, который подается с выхода блока 9 выпрямителя переменного тока на выходные электрические силовые разъемы 37 синхронной генераторной установки. С выхода многофазного блока 17 коммутации якорных обмоток 6 секций магнитопровода переменный ток подается также к дополнительным выходным электрическим силовым разъемам 38. В зависимости от вида и мощности нагрузки в многофазном блоке 17 коммутации якорных обмоток 6 секций кольцевого магнитопровода несущего узла статора осуществляется как последовательное, так и параллельное включение фаз якорных обмоток 6 секций кольцевого магнитопровода несущего узла статора из общего числа этих якорных обмоток 6, в том числе и выборочное включение фаз якорных обмоток 6 из общего их числа (в общем случае м-фаз, в том числе и однофазная якорная обмотка 6 в каждой секции кольцевого магнитопровода несущего узла 1 статора). При требующемся повышенном выходном напряжении (например, при стандартном промышленном напряжении 380/220 В) на выходе синхронной генераторной установки (для электропитания различного электроинструмента и для целей освещения различных объектов) используется последовательное включение фаз якорных обмоток 6 из общего числа этих якорных обмоток 6, а при требующихся значительном токе нагрузки (до 300-350 А) и относительно небольшом напряжении (порядка 60 В), например в случае проведения электросварочных работ электродуговой сваркой, используется параллельное включение фаз якорных обмоток 6, что позволяет резко увеличить величину отдаваемого тока в нагрузку при нормальном температурном режиме в фазах якорных обмоток 6 (без опасности их перегрева). К дополнительным выходным электрическим силовым разъемам 38 подключается полезная нагрузка как со стандартными промышленными параметрами переменного напряжения (380/220 В при частоте 50 Гц, переменный ток как трехфазный, так и однофазный, например, для подключения различного электроинструмента, электрической аппаратуры, ламп электрического освещения и т.д.), так и полезная нагрузка, использующая повышенную частоту переменного тока (например, повышенной частоты 400 Гц для подключения специального электроинструмента, использующего данную частоту переменного тока). К выходным электрическим силовым разъемам 37 подключается полезная нагрузка, использующая пульсирующий (модулированный по амплитуде) постоянный ток со значительной величиной последнего, преимущественно для проведения электродуговой сварки. При вращении кольцевого ротора 8 возникают весьма значительные центробежные силы, воздействующие на кольцевой вкладыш с постоянными магнитами и стремящиеся его деформировать или разорвать, однако поскольку кольцевой вкладыш выполнен в виде монолитного магнитного кольца 14, то по условиям весьма большого запаса механической прочности этого монолитного магнитного кольца 14 (предел его прочности составляет весьма значительную величину) указанные центробежные силы не вызывают в нем таких напряжений, которые превышали бы предел его прочности. Кроме того, вследствие того, что монолитное магнитное кольцо 14 жестко сопряжено с минимальным технологическим зазором с внутренней стенкой «б» кольцевой обечайки 12 (за счет прессовой посадки монолитного магнитного кольца 14 в кольцевой обечайке 12), радиальные растягивающие усилия и соответственно вызванные ими напряжения равномерно и осесимметрично передаются к кольцевой обечайке 12, дополнительно воспринимающей центробежные растягивающие усилия в монолитном магнитном кольце 14 и составляющей с последним как бы общую монолитную конструкцию. При этом в самом распределении напряжений на участке сопряжения монолитного магнитного кольца 14 и кольцевой обечайки 12 отсутствуют какие-либо скачки и резкие перепады (в эпюре напряжений), что обуславливает повышенную надежность в эксплуатации синхронной генераторной установки.

Многофазным блоком 17 коммутации осуществляется также выборочное включение определенного количества фаз якорных обмоток 6 статора при слабой нагрузке в сети (например, когда требуется электрическое питание только для освещения какого-либо объекта), при других режимах, связанных с недогрузкой в сети, при этом существенно улучшается температурный режим в фазах якорных обмоток 6 кольцевого магнитопровода несущего узла статора, а также снижаются эксплуатационные расходы, связанные с расходом топлива для двигателей, служащих для привода предложенной синхронной генераторной установки (преимущественно для двигателей внутреннего сгорания, например дизелей). При вращении кольцевых обечаек 12 в упомянутых кольцевых полостях «г», образованных монолитными дисками 15 соответствующих секций кольцевого магнитопровода несущего узла 1 статора и кольцевыми обечайками 12 с внутренними упорными фланцами 13, образуются воздушные вихревые потоки, имеющие разрежение в центральной части и повышенное давление на периферии, вследствие чего наружный воздух засасывается через вентиляционные воздухозаборные отверстия «к» в упорном диске 24, проходит через вентиляционные отверстия «и» во фланце 32 дополнительной ступицы 31, закручивается вихревым воздушным потоком, охватывающим якорные обмотки 6 соответствующих секций кольцевого магнитопровода несущего узла статора и охлаждающим эти якорные обмотки 6, и далее выходит наружу в атмосферу через узкий кольцевой зазор между внутренней боковой цилиндрической стенкой упомянутого соответствующего монолитного магнитного кольца 14 и периферийными кромками монолитного диска 15 соответствующей секции кольцевого магнитопровода несущего узла 1 статора. Дополнительно охлаждающий воздух засасывается через радиальные вентиляционные отверстия «и» по периферии в стяжном фланце 21 ступицы 20, проходит через отверстия «ж» в торцевых стенках стяжного фланца 21 и поступает далее в упомянутые кольцевые полости «г», образованные соответствующими монолитными дисками 15 и кольцевыми обечайками 12. В этих кольцевых полостях «г» (смежных со стяжным фланцем 21 ступицы 20) также образуются воздушные вихревые потоки, имеющие разрежение в центральной части и повышенное давление на периферии, вследствие чего охлаждающий воздух, закрученный в вихревой поток, охватывающий якорные обмотки 6 и эффективно охлаждающий последние, далее выходит в атмосферу с большой скоростью через узкие кольцевые зазоры, образованные внутренними цилиндрическими стенками упомянутых соответствующих монолитных магнитных колец 14 и периферийными кромками смежных монолитных дисков 15.

Выполнение несущего узла 1 статора, по крайней мере, из двух одинаковых секций, каждая из которых включает кольцевую втулку 10 с наружным упорным фланцем 11, выполнение кольцевого ротора, по крайней мере, также из двух одинаковых секций, каждая из которых включает кольцевую обечайку 12 с внутренним упорным фланцем 13, расположение указанных кольцевых втулок 10 секций несущего узла 1 статора соосно друг к другу и соосно опорному валу 7, сопряжение кольцевых втулок 10 своей внутренней цилиндрической боковой стенкой с упомянутыми опорными подшипниками 2, 3, 4, жесткое соединение кольцевых втулок 10 между собой посредством крепежного узла, сопряженного с наружными упорными фланцами 11 кольцевых втулок 10 смежных секций несущего узла 1 статора, расположение кольцевых обечаек 12 секций кольцевого ротора 8 соосно друг к другу и соосно опорному валу 7, жесткое соединение кольцевых обечаек 12 между собой посредством дополнительного крепежного узла, сопряженного с внутренними упорными фланцами 13 смежных кольцевых обечаек 12 и с опорным валом 7, а также снабжение якорных обмоток 6 секций несущего узла 1 статора подключенным к их фазам многофазным блоком 17 коммутации этих якорных обмоток секций кольцевого магнитопровода несущего узла статора из общего их числа, выход которого подключен к упомянутому блоку 9 выпрямителя переменного тока, позволяет расширить эксплуатационные параметры предложенной синхронной генераторной установки за счет обеспечения возможности регулирования (ступенчатого в данном случае) активной мощности этой генераторной установки, а также за счет обеспечения возможности регулирования в ней как напряжения переменного и постоянного тока на выходе, так и величины переменного и постоянного тока на выходе, и дополнительно за счет обеспечения возможности использования данной синхронной генераторной установки в качестве источника постоянного сварочного тока при электродуговой сварке на различных режимах ее проведения.

Выполнение упомянутого кольцевого вкладыша с постоянными магнитами и с чередующимися в окружном направлении магнитными полюсами, по крайней мере, из двух секций, каждая из которых включает монолитное магнитное кольцо 14 из порошкового магнитоанизотропного материала, а также выполнение кольцевого магнитопровода несущего узла 1 статора, по крайней мере, из двух одинаковых секций, каждая из которых включает монолитный диск 15 из порошкового композиционного магнитомягкого материала с радиальными полюсными выступами 16 по периферии позволяют дополнительно повысить надежность в эксплуатации предложенной синхронной генераторной установки вследствие того, что само монолитное магнитное кольцо 14 обладает большим запасом механической прочности на растяжение и значительные по величине центробежные силы, воздействующие на него при вращении кольцевого ротора 8, не вызывают в нем таких напряжений, которые бы превышали предел его прочности. При этом радиальные растягивающие усилия и соответственно вызванные ими напряжения равномерно и осесимметрично передаются при вращении кольцевого ротора 8 к кольцевой обечайке 12, дополнительно воспринимающей центробежные растягивающие усилия в монолитном магнитном кольце 14 и составляющей с последним как бы общую монолитную конструкцию. Вследствие того, что монолитное магнитное кольцо 14 жестко сопряжено с минимальным технологическим зазором с внутренней стенкой кольцевой обечайки 12 (за счет прессовой посадки монолитного магнитного кольца 14 в кольцевой обечайке 12), в самом распределении напряжений на участке сопряжения монолитного магнитного кольца 14 и кольцевой обечайки 12 отсутствуют какие-либо скачки и резкие перепады (по эпюре напряжений), что дополнительно повышает надежность в эксплуатации предложенной синхронной генераторной установки. Кроме того, выполнение кольцевого магнитопровода несущего узла 1 статора также, по крайней мере, из двух одинаковых секций, каждая из которых включает монолитный диск 15 из порошкового композиционного магнитомягкого материала с радиальными выступами 16 по периферии, обеспечивает получение узкой петли гистерезиса, обуславливающей в свою очередь малые потери в активной мощности синхронной генераторной установки, связанные с перемагничиванием монолитных магнитных дисков 15 (потери энергии на вихревые токи, индуктированные в монолитных магнитных дисках 15 на повышенной частоте 400 Гц и на гистерезис) и с магнитострикционными явлениями на указанной повышенной частоте. При этом распределение магнитного потока по окружности каждого из монолитных магнитных дисков 15 соответствующей секции кольцевого магнитопровода несущего узла 1 статора близко к синусоидальному и при вращении кольцевого ротора 8 магнитный поток, связанный с каждой фазой соответствующей якорной обмотки 6 секции кольцевого магнитопровода несущего узла статора, изменяется во времени по гармоническому закону, что обуславливает качественные параметры выходного напряжения предложенной синхронной генераторной установки.

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, в частности к синхронным генераторным установкам с возбуждением от постоянных магнитов. Синхронная генераторная установка содержит неподвижный несущий узел статора с опорными подшипниками, на котором смонтирован кольцевой магнитопровод с полюсными выступами по периферии, снабженными размещенными на них электрическими катушками с якорной обмоткой статора, а также установленный на опорном валу с возможностью вращения в упомянутых опорных подшипниках вокруг неподвижного несущего узла статора кольцевой ротор со смонтированными на внутренней боковой стенке постоянными магнитами возбуждения. Генераторная установка также содержит блок выпрямителя переменного тока, подключенный к якорной обмотке кольцевого магнитопровода статора. Несущий узел статора выполнен из двух одинаковых секций, каждая из которых включает кольцевую втулку с наружным упорным фланцем, а кольцевой ротор выполнен также из двух одинаковых секций, каждая из которых включает кольцевую обечайку с внутренним упорным фланцем. Монолитные магнитные кольца из порошкового магнитоанизотропного материала жестко сопряжены с внутренней боковой цилиндрической стенкой кольцевой обечайки соответствующей секции кольцевого ротора. Технический результат - повышение надежности в эксплуатации и обеспечение возможности регулирования напряжения переменного и постоянного тока и величины переменного и постоянного тока на выходе этой синхронной генераторной установки. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Синхронная генераторная установка с возбуждением от постоянных магнитов, содержащая неподвижный несущий узел статора с опорными подшипниками, на котором смонтирован кольцевой магнитопровод с полюсными выступами по периферии, снабженными размещенными на них электрическими катушками с якорной обмоткой статора, установленный на опорном валу с возможностью вращения в упомянутых опорных подшипниках вокруг неподвижного несущего узла статора кольцевой ротор со смонтированными на внутренней боковой стенке постоянными магнитами возбуждения, образующими между собой кольцевой вкладыш с чередующимися в окружном направлении магнитными полюсами, охватывающий полюсные выступы с электрическими катушками якорной обмотки указанного кольцевого магнитопровода несущего узла статора, а также содержащая блок выпрямителя переменного тока, подключенный к якорной обмотке статора и к выходным электрическим силовым разъемам, отличающаяся тем, что несущий узел статора выполнен по крайней мере из двух одинаковых секций, каждая из которых включает кольцевую втулку с наружным упорным фланцем, а кольцевой ротор выполнен по крайней мере также из двух одинаковых секций, каждая из которых включает кольцевую обечайку с внутренним упорным фланцем, при этом указанные кольцевые втулки секций несущего узла статора расположены соосно друг с другом и соосно с опорным валом, сопряжены своей внутренней цилиндрической боковой стенкой с упомянутыми опорными подшипниками и жестко соединены между собой посредством крепежного узла, сопряженного с наружными упорными фланцами кольцевых втулок смежных секций несущего узла статора, а упомянутые кольцевые обечайки секций кольцевого ротора расположены также соосно друг с другом и соосно с опорным валом и жестко соединены между собой и с опорным валом посредством дополнительного крепежного узла, сопряженного с внутренними упорными фланцами смежных кольцевых обечаек и с опорным валом, причем упомянутый кольцевой вкладыш с постоянными магнитами и с чередующимися в окружном направлении магнитными полюсами выполнен по крайней мере из двух одинаковых секций, каждая из которых включает монолитное магнитное кольцо из порошкового магнитоанизотропного материала, жестко сопряженное с внутренней боковой цилиндрической стенкой кольцевой обечайки соответствующей секции кольцевого ротора, а указанный кольцевой магнитопровод несущего узла статора выполнен также по крайней мере из двух одинаковых секций, каждая из которых включает монолитный диск из порошкового композиционного магнитомягкого материала с радиальными полюсными выступами по периферии, сопряженный своей внутренней боковой цилиндрической стенкой с наружной боковой цилиндрической стенкой указанной соответствующей кольцевой втулки, при этом якорные обмотки секций кольцевого магнитопровода несущего узла статора снабжены подключенным к их фазам многофазным блоком коммутации этих якорных обмоток секций кольцевого магнитопровода несущего узла статора из общего их числа, выход которого подключен к упомянутому блоку выпрямителя переменного тока.2. Синхронная генераторная установка с возбуждением от постоянных магнитов по п.1, отличающаяся тем, что упомянутый крепежный узел, соединяющий между собой кольцевые втулки смежных секций несущего узла статора, включает упорное цилиндрическое кольцо и группу стяжных резьбовых стержней, пропущенных через отверстия, выполненные в наружных упорных фланцах кольцевых втулок указанных секций несущего узла статора и через отверстия, выполненные в торцевых стенках указанного упорного цилиндрического кольца, а упомянутый дополнительный крепежный узел, соединяющий между собой кольцевые обечайки смежных секций кольцевого ротора и опорный вал, включает установленную на опорном валу ступицу со стяжным фланцем, сопряженным своими торцевыми стенками с внутренними упорными фланцами соответствующих кольцевых обечаек смежных секций кольцевого ротора.3. Синхронная генераторная установка с возбуждением от постоянных магнитов по п.1, отличающаяся тем, что многофазный блок коммутации якорных обмоток секций кольцевого магнитопровода несущего узла статора смонтирован совместно с указанным блоком выпрямителя переменного тока посредством опорного узла на кольцевой втулке одной из внешних секций несущего узла статора.4. Синхронная генераторная установка с возбуждением от постоянных магнитов по пп.1-3, отличающаяся тем, что указанный опорный узел, на котором смонтированы упомянутые блоки выпрямителя переменного тока и коммутации якорных обмоток секций кольцевого магнитопровода несущего узла статора, включает дополнительное упорное цилиндрическое кольцо с отверстиями на торцевых стенках и упорный диск с отверстиями по периферии, через которые и отверстия в дополнительном упорном кольце пропущены упомянутые стяжные резьбовые стержни, при этом дополнительное упорное кольцо сопряжено с наружным фланцем кольцевой втулки одной из внешних секций несущего узла статора и с упорным диском, на котором установлены указанные блоки выпрямителя переменного тока и коммутации якорных обмоток секций кольцевого магнитопровода несущего узла статора.5. Синхронная генераторная установка с возбуждением от постоянных магнитов по п.1, отличающаяся тем, что многофазный блок коммутации якорных обмоток секций кольцевого магнитопровода несущего узла статора снабжен подключенными к нему дополнительными выходными электрическими силовыми разъемами, смонтированными на неподвижном несущем узле статора.