Электрическая машина Советский патент 1984 года по МПК H02K1/06 

Изобретение относится к элект()ическим машинам, а именно, к синхронным двигателям и генераторам, а также вентильным двигателям и может быть использовано в приводах высокооборотных механизмов, например, центробежных компрессоров, насосов, проволочных прокатных станов, обрабатывающих центров, станков.

Известна электрическая машина, содержащая магнитопроводящий корпус, двухпакетный ст&тор, ротор в виде насаженного на вал магнитопровода с двумя шихтованными пакетами, имеющими большое число полюсных выступов, и систему возбуждения, источник магнитного потока которой выполнен в виде катушки, расположенной между пакетами статора. Магнитная цепь системы возбуждения описанной машины включает в себя корпус, пакеты статора, пакеты ротора н магнитопровод ротора (1).

Недостаток указаиной конструкции заключается в «е сложности и в плохих условиях охлаждения.

Известиа также электрическая машина, содержащая ротор, выполненный целиком из магнитомягкой стали в виде двух систем полюсных выступов, соединенных магнитопроводом 2J.

Известна также электрическая машина, содержащая многопакетный статор, магнитопроводящнй корпус, ротор и источник магнитного потока системы возбуждения (3.

Недостаток известной конструкции заключается в ее сложности и объясняется размещением катушки возбуждения внутри корпуса между пакетами. Этим же объясняются трудности, связанные с охлаждением машины, поскольку наличие катушки затрудняет выполнение аксиальных отверстий в статорных пакетах, через которые продувается хладагент. Недостатком известной машины является и большая длина ротора, также обусловленная межпакетНым расположением катушки возбуждения. Наличие в машине источника магнитного потока в виде постоянных магнитов, концентрично расположенных относительно корпуса магнитов, магнитопроводов, статорных пакетов и ротора, осложияет изготовленне и сборку машины с требуемой точностью, а также затрудняет охлаждение ее активных частей.

Цель изобретения - упрощение конструкции и улучшение условий охлаждения машины.

Указанная цель достигается тем, что корпус выполнен из чередующихся между собой в аксиальном направлении немагнитных и магнитопроводящих участков, в, последних из которых закреплены пакеты статора, а источник магнитного потока системы возбуждения установлен снаружи корпуса.

Источник магнитного потока выполнен в виде катушки, установленной на корпусе и охваченной Магнитопроводом, с участками, сопряженными с магнитопроводящими участками корпуса.

Источник магнитного потока выполнен в виде охваченных магнитопроводом постояи5 ных магнитов, каждый из которых расположен на корпусе в зоне по меньшей мере одного из магнитопроводящих участков.

На фиг. I и 2 приведены соответственно двух- и четырехпакетная конструкции предQ лагаемых машин с электромагнитным возбуждением; на фиг. 3 и 4 - конструкции двух-и трехпакетных машин с постоянными магнитами.

Электрическая машина (фнг. I) :содержит Kopnj 1, состоящий из магнитопро5 водящих участков 2 и 3 и немагнитного участка 4. В магнитопроводящне участки 2 и 3 корпуса 1 запрессованы статорные пакеты 5 и 6. Ротор 7 включает в себя по. люсные системы 8 и 9 и магнитопровод 10. Полюсные системы 8 и 9 расположены в зонах статорных пакетов, причем, либо полюсиые системы, либо статорные пакеты сдвинуты относительно друг друга на 180 эл. град. Снаружи корпуса расположена катушка 11 возбуждения, охваченная маг5 нитопроводом 12 выполненным из частей 13-15, замкнутым в магнитную цепь, содержащую магнитопроводящие участки 2 и 3 корпуса 1, статорные пакеты 5 и 6, полюсные системы 8 и 9 и магнитопровод Ю.

0Конструкция четырехпакетной машины

{фиг. 2) содержит корпус 1, который состоит из магнитопроводящих участков 16- 19 и немагнитных 20-22. Снаружи корпуса размещены три катушки возбуждения 23-25, охваченные магнитопроводами

5 .26-18. В зонах магнитопроводящих участков корпуса размещены статорные пакеты 29-32. Крайние пакеты, например пакет 29 в два раза короче средних,например пакета 30,так как пакет 30 проводит магннтQ ный поток, создаваемый двумя катушками (23 и 24), а пакет 29 только магнитный поток,создаваемый одной катушкой (23). Соответственно числу статорных пакетов увеличено число полюсных систем ротора 7. В остальном четырехпакетная машина ана5 логнчна двухпакетной.

Магнитопроводящие и немагнитные учйсткн корпуса -соединяются между собой с помощью болтов (фланцевое соединение) или путем сварки. Чтобы исключить шунтирование магнитного потока подшипииковые щиты или участки корпуса,прилегающие к подшипниковым щитам, выполняются из немагнитных материалов.

Двухпакетная машина с постоянными магнитами (фиг. 3) содержит корпус I, стас тор с пакетами 5 и 6,ротор 7 с системами полюсных выступов 8 и 9 и магнитопроводом 10,постоянные магниты 33 и 34 системы возбуждения и охватывающий их магнитопровод 35. Корпус 1 вылолиен состоящим из магнитопроводящих участков 36 и 37 и немагнитного участка 38. Постоянные магниты 33 обращены к магннтопроводящёй части 36 корпуса свои15 южным полюсом, а магниты 34 обращены к магнитопроводящей части 37 корпуса своим северным полюсом. Магнитный поток системы возбуждения замыкается, таким образом, через магнитопровод 35 магнитопроводящие участки 36 и 37 корпуса 1, статорные пакеты 5 и 6, воздушные зазоры, системы полюсных выступов 8 и 9 и магнитопровод 10 ротора. .;

Магнитопровод 35 может быть выполнен как цельным кольцеобразным, так и состояшим из отдельных дугообразных пластин, которые,например,крепятся с помошью винтов (не показаны) к немагнитной части 38. Чтобы исключить шунтирование магнитного потока , подшипниковые щиты или участки корпуса, прилегающие к щитам, выполняются из немагнитных материалов..

Трехпакетная конструкция предлагаемой машины (фиг. 4) содержит. корпус 1, включающий в себя три магнитопроводящие участки 39-41 и два немагнитных 42 и 43. Постоянные магниты 44 расположены на магнитопроводящем участке 40. Магнитная цепь системы возбуждения образована с помощью кольцеобразных магнитопроводов 45 и 46 и магнитопровода 47. Такое выполнение системы возбуждения в сравнении с конструкцией по фиг.3 предполагает увеличение толщины магнита примерно в два три раза при уменьшении ее длины в сравнении с длиной статора.

В качестве материала магнитов предпочтительно использование ферритов, обладающих высокой коэрцитивной силой, сравнительно высокой энергией и низкой стоимостью.

Поскольку пути магнитного потока возбуждения в активных частях (статорных пакетах и роторе) остались неизменны, в сравнении с известной машиной, работа машины осуществляется аналогично работе известной машины.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого решения заключается в следующем.

Для машин с электромагнитным возбуждением упрощение конструкции дocfигается расположением каждой из катушек возбуждения снаружи корпуса, поскольку при этом упрощается изготовление и сборка машины, а также самих катуц ек и повышается технологичность их изготовления.

Улучшение условий охлаждения активных частей машины осуществляется благодаря отсутствию между статорными пакетами катушек возбуждения. Выполнение системы охлаждения облегчается за счет продува хладаге 1та через аксиальные каналы, выполненные в статорных пакетах (не показаны). Кроме того,уменьшается количество тепла, которое необходимо отвести путем продува хладагента через внутреннюю часть машины. Расположение ка. тушек возбуждния снаружи корпуса сущест. венно облегчает их жидкостное охлаждение например водяное, что в свою очередь позволяет повысить плотность тока в проводниках катушек и уменьшить площадь их пбперечного сечения.

Увеличение жесткости ротора достигается уменьшением его длины за счет сближения статорных пакетов,и,следовательно ; систем полюсных выступов.

В конструкции известной машины с постоянными магнитами требовалась высокая точность изготовления таких узлов машины, как статорные пакеты (н соосность наружного, диаметра относительно внутреннего), магнитопроводы и магниты (или обойма, в которой они располагаются), посколь5 ку при сборке машины ошибка в точности изготовления каждого из узлов суммировалась и сказывалась на величине эксцентриситета между статором и ротором. При запрессовке статорных пакетов непосредственно в корпус, как это делается в предлагае0 мой машине (фиг. 3 и 4), величина эксцентриситета между статором и ротором существенно уменьшается. Кроме того.существенно снижаются требования к точности изготовления магнитов и магнитопроводов,располагаемых снаружи корпуса, так как на5 личие небольших зазоров практически не оказывает влияния на величину магнитного потока системы возбуждения. Система возбуждеиия не является несущей конструктивно для щитов и ротора, что также снижает требования к их прочности.

Условия охлаждения машины улучшаются благодаря уменьшению теплового сопротивления между статором и корпусом при естественном охлаждении и благодаря уменьшению аэродинамического сопротив5 ления,если аксиальные каналы выполнены в пакетах статора, при принудительном охлаждении.

В .конструкции с постоянными магнитами достигается уменьшение металлоемкости машииы, вследствие того что при прочих

0 равных условиях уменьшается диаметр подшипниковых щитов и корпуса на величину, равную удвоенной толщине магнитов и магнитопроводов в которые запрессовывались статорные пакеты.

г316 262320 ПЗО Z7Znt 311S252ZZ8f9 I I I I III I I III/

%г.2

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА, содержащая корпус, подшипниковые щиты, многопакётиый статор, ротор с магнитопроводом и полюсами, и источник магнитного потока системы возбуждения, отличающаяся тем, что, с целью упрощения и улучшения условий охлаждения, корпус выполнен из чередующихся между собой в аксиальном направлении немагнитных и магнитопроводящих участков, в последних из которых закреплены пакеты статора, а источник магнитного потока системы возбуждения установлен снаружи корпуса. 2.Машина по п. 1 отличающаяся тем, что источник магнитного потока выполнен в ви-де катушки, установленной на корпусе и охваченной магкитопроводом, с участками, сопряженными с магнитопроводящими участками корпуса. 3.Машина по п. 1, отличающаяся тем, что источник магнитного потока выполнен в виде охваченных магнитопроводом постоянных магнитов, каждый из которых расположен на корпусе в зоне по меньшей мере § одного из магнитопроводящих участков 6 13 j to / -т

Ф(/г.5