Бесконтактная электрическая машина Советский патент 1987 года по МПК H02K19/24 

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к бесконтактным асинхронизированным машинам (машинам двойного питания), и может быть использовано в качестве генератора переменного тока стабильной частоты при неременной частоте враш.ения, в качестве регулируемого двигателя неременного тока и в качестве компенсатора реактивной мощности в автономных системах электроснабжения, а также в электроприводах.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей машины, а именно обеспечение асинхронизированного режима работы в качестве машины двойного питания и в качестве асинхронной машины.

На фиг. 1 представлена бесконтактная электрическая машина, имеющая п-2 роторов, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 -

поперечном направлении цилиндров пакетов, радиальные наружные выступы - полюса 9 которых расположены в соответствующих торцовых пазах 17 соединитель- ных втулок 11, соприкасаясь с их торцовыми выступами 16 через диэлектрический слой. Для крепления элементов 8 и 11 на каждый из торцов роторов 7 и 14 надеты немагнитные стаканы 18.

Бесконтактная электрическая машина 10 работает следующим образом.

При протекании тока по кольцевым обмоткам 6 и 15 возбуждения рабочий магнитный поток замыкается, как показано на фиг. 1 и 2, т. е. видимый путь потоков проходит по деталям правой по- ловины каждого из роторов 7 и 14 продольного сечения конструкции, а невидимый - по деталям левой половины роторов 7 и 14. Это связано со взаимным сдвигом по азимуту правых и левых выстуконструктивное выполнение основных узлов 20 - полюсов 9 каждого из роторов 7 машины; на фиг. 4 - развертка рото-и 14 и особенностью конструкции втулки 5

статора 1, которая проводит поток лишь в осевом и радиальном направлениях и не проводит в азимутальном (тангенциальном) направлении.

Таким образом, каждый из двух рабочих потоков дважды пересекает витки якорной обмотки 4, изменяя свое направление, а пути потока - ортогональные к плоскости этих витков, смещены по азимуту в соответствии со смещением выступов-полюсов ротора.

При питании обеих кольцевых обмоток 6 и 15 возбуждения постоянными токами и при вращении роторов 7 и 14 каждый из рабочих потоков будет знакопеременным во времени по отношению к плоскости

закрепленной на валу 10 магнитомягкой сое- каждого витка и соответственно будет вы- динительной втулки 11. Втулка 5 статора 1зывать знакопеременную ЭДС в т-фазной

якорной обмотке 4. Результирующая ЭДС в каждой фазе якорной обмотки 4 будет иметь первую гармоническую составляющую, опре- пакета якоря 2 шихтованных в продольно- 40 деляемую суммой двух магнитных потоков радиальном направлении магнитомягких па-возбуждения, сдвинутых в пространстве, и

кетов 12, ширина которых не более зуб-частотой вращения роторов 7 и 14.

цового деления якоря 2 и немагнитныхНемагнитные электропроводные пласэлектропроводных пластинчатых вставок 13,тинчатые вставки 8 и 13 служат в карасположенных напротив пазов 3. На том жечестве экранов для снижения полей рассеявалу мащины установлен дополнительный 45 ния потоков возбуждения и тока реакции ротор 14, полностью аналогичный основно-якоря. Амплитуда ЭДС и рабочий угол мащины в данном синхронном режиме определяются величинами и соотнощением токов возбуждения.

Таким образом, регулирование рабочего угла мащины повышает ее устойчивость в отношении колебаний и выхода из синхронизма в синхронном режиме при паров машины и направления магнитных потоков.

Бесконтактная электрическая мащина состоит из статора 1, содержащего цилиндрический магнитомягкий шихтованный 25 в поперечном направлении пакет якоря 2 с уложенной в его пазах 3 т-фазной якорной обматкой 4, магнитопроводную втулку 5 и основную кольцевую обмотку 6 возбуждения, расположенную внутри пакета якоря 2 соосно с ним, а также основной ротор 7, содержащий две шихтованные магнитомяг- кие шайбы 8 с радиальными наружными выступами-полюсами 9, смещенные друг относительно друга по азимуту на одно полюсное деление и расположенные по торцам

закреплена внутри пакета якоря 2 и состоит из чередующихся по азимуту электрически изолированных друг от друга и от

30

му, но смещенный относительно него по азимуту на ,5 (при п 2) полюсного деления. Дополнительная кольцевая обмотка 15 возбуждения аналогично основной закреплена на внутренней поверхности втулки 5 статора 1 между шайбами 8 соответствующего ротора 7, (14). Оба ротора 7 и 14 выполнены щихтованными, соединительная втулка 11 каждого из них может быть выполнена витой из магнитомягкой ленты и имеет чередующиеся торцовые выступы 16 и пазы 17, а щай- бы 8 выполнены в виде щихтованных в

50

55

раллельной работе с сетью или в качестве синхронного компенсатора реактивной мощности.

При питании обеих кольцевых обмоток 6 и 15 возбуждения переменными токами, сдвинутыми на 90°, ЭДС в каждой фаТаким образом, регулирование рабочего угла мащины повышает ее устойчивость в отношении колебаний и выхода из синхронизма в синхронном режиме при па5

раллельной работе с сетью или в качестве синхронного компенсатора реактивной мощности.

При питании обеих кольцевых обмоток 6 и 15 возбуждения переменными токами, сдвинутыми на 90°, ЭДС в каждой фазе якорной обмотки будет иметь частоту, равную сумме (разности) частот возбуждения. Это значит, что при питании системы п кольцевых обмоток 6 и 15 возбуждения п-фазным переменным током возникает результирующее магнитное поле возбуждения, вращающееся с частотой этого тока относительно вращающегося ротора 7 (14), т. е. «докручивая или «раскручивая поле возбуждения до частоты поля обмотки якоря 2. Указанный режим носит в литературе название «асинхронизирован- ного режима, а сама мащина, работающая в этом режиме, носит название асин- хронизированной синхронной мащины или мащины двойного питания (со стороны обмотки якоря 2 и обмоток 6 и 15 возбуждения.

Если обмотку якоря предложенной мащины подключить к т-фазной сети переменного тока, а обмотки возбуждения закоротить или замкнуть на сопротивление, то мащина будет работать в асинхронном режиме подобно асинхронной мащине с фазным ротором.

Предложенная бесконтактная электрическая мащина, так же как и известная, не имеет щеточных узлов, не содержит дополнительных воздущных зазоров и может быть выполнена на высокие частоты вращения благодаря безобмоточной конструкции ротора, однако в предложенной мащине рабочий поток пронизывает всю площадь плоскостей контуров якорной обмотки одновременно (а не поочередно частями, как в известной), что приводит к снижению массы пакета и обмотки якоря приблизительно вдвое, а также КПД якоря как непосредственно, так и косвенно за счет снижения индуктивного сопротивления рассеяния якорной обмотки. Этим частично или полностью компенсируется добавление массы мащины за счет расщепленной конструкции ротора.

Предложенная электрическая мащина по сравнению с известной имеет расщиренные функциональные возможности, присущие двухкаскадной бесконтактной асинхронизи- рованной мащине, а именно асинхронизи- рованный режим работы в качестве мащины двойного питания и в качестве асинхронной мащины, а также повыщенную устойчивость в режиме компенсатора реактивной мощности и в режиме синхронной

мащины (например, при параллельной работе с сетью).

Формула изобретения

1. Бесконтактная, электрическая машина,

содержащая статор, состоящий из цилиндрического магнитомягкого шихтованного в поперечном направлении пакета якоря с уложенной в его пазах т-фазной якорной обмоткой, магнитопроводной втулки и ОСНОЕЬ ной кольцевой обмотки возбуждения, расположенной внутри пакета якоря соосно с ним, а также основной ротор, состоящий из двух щихтованных магнитомягких щайб с радиальными наружными выступами-полюса5 ми смещенных относительно друг друга по азимуту на одно полюсное деление и расположенных по торцам закрепленной на валу магнитомягкой соединительной втулки, отличающаяся тем, что, с целью расщирения функциональных возможностей мащины пу0 тем обеспечения асинхронизированного и асинхронного режимов работы мащины, она снабжена (п-1) дополнительными установленными на том же валу роторами, аналогичными основному, но смещенными

5 относительно него по азимуту на 1/п полюсного деления, и (п-1) дополнительными кольцевыми обмотками возбуждения, которые аналогично основной закреплены по внутренней поверхности втулки статора между щайбами соответствующего ротора,

0 втулка статора закреплена внутри пакета якоря и выполнена из чередующихся по азимуту электрически изолированных друг от друга и от пакета якоря щихтованных в продольно радиальном направлении магнитомягких пакетов и немагнитных элек5 тропроводных пластинчатых вставок, щири- на магнитомягких пакетов выполнена не более зубцового деления статора, а немагнитные вставки расположены напротив пазов пакета якоря.

2. Мащина по п. 1, отличающаяся тем, что соединительная втулка каждого из роторов выполнена в виде катущки из магнитомягкой ленты и имеет чередующиеся торцовые выступы и пазы, а щайбы выполнены в виде щихтованных в поперечном

направлении цилиндрических пакетов, радиальные наружные выступы-полюса которых расположены в соответствующих торцовых пазах соединительных втулок, соприкасаясь с их торцовыми выступами через диэлектрический слой.

0

1336168 /I

Фаз.г

Слставитель В. Трегубое

Редактор В. ДанкоТехред И. ВересКорректор Л. Бескид

Заказ 3811/52Тираж 659Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к области электротехники, а именно к бесконтактным асинхронизированным машинам (машинам двойного питания). Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения асинхронизирован- ного и асинхронного режимов работы. Бесконтактная электрическая машина состоит из статора 1, содержащего цилиндрический шихтованный пакет якоря 2 с гп-фазной якорной обмоткой 4, магнитопроводную втулку 5, кольцевую обмотку возбуждения 6, а также ротора 7, содержащего две маг- нитомягкие шайбы 8 с выступами-полюсами, смещенные друг относительно друга по азимуту на одно полюсное деление, и маг- нитомягкую соединительную втулку 11. Втулка 5 статора состоит из чередующихся шихтованных в продольно-радиальном направлении магнитомягких пакетов 12 и немагнитных электропроводных вставок 13. На том же валу установлено п-1 дополнительных роторов 14, полностью аналогичных первому, но смещенных относительно него по азимуту на 1/п полюсного деления, а на статоре - п-1 дополнительных кольцевых обмоток возбуждения 15. Все п роторов выполнены щих- тованными в виде катушек из ленты с шихтованными цилиндрическими пакетами по торцам. 1 3. п. ф-лы, 4 ил. i (Л л со со О5 О5 00