Высокоскоростной генератор Российский патент 2019 года по МПК H02K9/16 H02K1/32 

Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности к устройствам, использующимся в системах автономного электроснабжения.

Известна электрическая машина, состоящая из ротора, статора и устройства для поддержки ротора и статора в заданном положении относительно друг друга, также необходимого для направления вращения ротора по заданной оси, при этом полюса статора выполнены из листов аморфного железа (патент US №5903082, МПК H02K 21/12; H02K 37/12, опубл.11.05.1999). Электромагнитные полюса расположены параллельно ротору по окружности. Магнитопровод выполнен шихтованным и скреплен таким образом, что он образует целый аморфный сердечник магнитопровода электрической машины, в котором каждая часть сердечника образована из отдельных компонентов заданной формы.

Недостатком известного устройства является сложность процесса изготовления магнитопровода, состоящего из нескольких шихтованных компонентов. Также недостатком является наличие устройства поддержки ротора и статора, что снижает надежность работы электрической машины в целом и увеличивает потери энергии.

Известно устройство синхронного двигателя на постоянных магнитах с дисковым ротором, содержащее статор-корпус, выполненный из концентрических слоев аморфной ленты в виде катушки и полюсов на одной стороне катушки, на которых располагается обмотка статора (патент US №4578610, H02K 21/14, опубл. 25.06.1986). На роторе располагаются пазы, в которые устанавливаются постоянные магниты вблизи торцевой поверхности статора. Магниты удерживаются на месте в немагнитной матрице, которая состоит из слоистого материала. Ротор располагается в воздушном зазоре между двумя частями статора.

Недостатками известного устройства, является сложность конструкции магнитопровода статора, а также высокие массогабаритные показатели.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство, где в корпусе электрической машины расположен ротор и n статоров с размещенными на них однофазными обмотками (патент РФ №2599056, МПК H02K 21/12, опубл. 10. 10. 2016). При этом на роторе, который установлен на дополнительных газодинамических подшипниках, расположены постоянные магниты, а статоры с размещенными на них однофазными зубцовыми обмотками выполнены из отдельных сегментов, набранных из листов аморфной стали, повернуты относительно друг друга на угол:

,

Начало формы

Конец формы

где m - число фаз, и размещены так, что длина вылета лобовых частей l однофазной зубцовой обмотки противопоставленного статора компенсирована расположением в свободном пространстве между статорами, угол б между фазами выходных напряжений генератора достигается смещением как самих статоров, так и магнитов на роторе относительно соответствующего им статора.

Недостатком данного изобретения является сложная конструкция газодинамических подшипников.

Задачей изобретения является увеличение частоты вращения ротора с кольцевым постоянным магнитом, повышение надёжности генератора.

В результате использования предлагаемого изобретения увеличивается надёжность генератора, повышается рабочая частота вращения, за счёт использования в конструкции шлифованной наружной поверхности ротора и шлифованной внутренней поверхности статора, работающих по типу подшипника скольжения, с принудительной подачей масла под давлением 2 – 5 кг/см², одновременно с этим улучшается отвод теплоты от генератора.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что корпус электрической машины, в котором расположен ротор и статор с обмотками, где, согласно изобретению, ротор выполнен в виде кольцевого постоянного магнита, закреплённого на валу, осевое перемещение которого предотвращается упорно-уплотнительным и упорным кольцами, находящимися между передней и задней крышками, размещёнными на корпусе со статором, и в которых установлен подающий штуцер, через который во внутреннюю полость генератора нагнетается масло под давлением 2 – 5 кг/см², утечку которого предотвращает упорно-уплотнительное кольцо, обеспечивающее вращение ротора с высокой скоростью, по типу подшипника скольжения, а через сливные штуцера, размещённые в боковых крышках, производится слив масла, отводя теплоту от статорной обмотки и ротора генератора.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена общая схема генератора.

Высокоскоростной генератор содержит вал ротора 1, ротор 2, корпус 3, статор 4, упорно-уплотнительное кольцо 5, упорное кольцо 6, переднюю крышку 7, заднюю крышку 8, подающий штуцер 9, передний сливной штуцер 10, задний сливной штуцер 11.

В корпусе генератора 3 размещён статор с обмотками 4, в них установлен подающий штуцер 9, к корпусу генератора 3 прикреплены передняя крышка 7 и задняя крышка 8, в которых имеется, соответственно, передний сливной штуцера 10 и задний сливной штуцер 11, между которыми размещён ротор 2, закреплённый на валу 1 с упорно-уплотнительным кольцом 5 и упорным кольцом 6.

Работает высокоскоростной генератор следующим образом.

Циркулирующее охлаждённое масло по подающему штуцеру 9, проходящий через корпус 3 и статор с обмотками 4 и нагнетается под давлением 2 – 5 кг/см² во внутреннее пространство генератора, образованное статором 4, ротором 2, передней крышкой 7 и задней крышкой 8, заполняя его. В результате ротор 2 с валом 1 оказываются в масляной ванне, которая, при вращении ротора 2, не даёт создаться контакту между ротором 2 и статором 4. Упорно-уплотнительное кольцо 5 предотвращает утечку масла. Во время работы генератора, статор с обмотками 4 и ротор 2 нагреваются и масло, через передний сливной штуцер 10 и задний сливной штуцер 11, отводя теплоту, поступает на охлаждение. От продольного перемещения ротора 2, относительно статора с обмотками 4, предотвращают упорно-уплотнительное кольцо 5 и упорное кольцо 6.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в увеличении надежности генератора, повышении рабочей частоты вращения и улучшении отвода тепла от генератора. В высокоскоростном генераторе ротор выполнен в виде кольцевого постоянного магнита, закреплённого на валу, осевое перемещение которого предотвращается упорно-уплотнительным и упорным кольцами. Кольца находятся между передней и задней крышками, размещёнными на корпусе со статором и в которых установлен подающий штуцер. Через штуцер во внутреннюю полость генератора нагнетается масло под давлением 2–5 кг/см², утечку которого предотвращает упорно-уплотнительное кольцо, обеспечивающее вращение ротора с высокой скоростью, по типу подшипника скольжения. Через сливные штуцера, размещённые в боковых крышках, производится слив масла, отводя теплоту от статорной обмотки и ротора генератора. 1 ил.

Высокоскоростной генератор, в корпусе которого расположен ротор и статор с размещенными на нём обмотками, отличающийся тем, что ротор выполнен в виде кольцевого постоянного магнита, закреплённого на валу, осевое перемещение которого предотвращается упорно-уплотнительным и упорным кольцами, находящимися между передней и задней крышками, размещёнными на корпусе со статором и в которых установлен подающий штуцер, через который во внутреннюю полость генератора нагнетается масло под давлением 2–5 кг/см², утечку которого предотвращает упорно-уплотнительное кольцо, обеспечивающее вращение ротора с высокой скоростью, по типу подшипника скольжения, а через сливные штуцера, размещённые в боковых крышках, производится слив масла, отводя теплоту от статорной обмотки и ротора генератора.