Бесконтактный синхронный генератор Советский патент 1988 года по МПК H02K21/40 

(Л

00 Ф «Ч N

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам, и касается выполнения бесконтактных синхронных генераторов с внутри замкнутым магнитньт потоком. Целью изобретения является повышение надежности и удельных массоэнерге- тических показателей. Генератор содержит статор 1 с якорной обмоткой, ротор с Т-образной системой клювов 2 одной полярности и с двумя Г-об- разными системами клювов 4 и 5 противоположной полярности, индуктор в виде двух основных кольцевых по

Puf.f

14

стоянных магнитов 8 и 9,намагниченных аксиально и встречно один относительно другого, основные кольцевые магнитопроводы 10 и 11, подшипниковые щиты 12 и 13 из немагнитного материала, подшипники 14 и 15. Новым в устройстве является выполнение Т-образной системы клювов дельной, а ее дисковой части 3 - за одно целое с валом, а также введение в индуктор двух основных кольцевых маг- нитопроводов 10 и 11, примыкающих к торцам основных кольцевых постоянных магнитов и закрепленных попар- :но с постоянными магнитами на одном из подшипниковых шлтов с образованием дополнительных радиальных воз- душных зазоров 19 между наружными по

1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам, касается выполнения бесконтактных синхронных генераторов переменно-полюсного типа с внутризамкну- тым магнитным потоком и может быть использовано в системах электропитания, преимущественно в высокоскоростных автономных источниках питания по- вьшенной мощности.

Целью изобретения является повьш1е- ние надежности, удельных массо-энер- гетических показателей и мощности.

На фиг.1 показан предлагаемый генератор с разрезами,по системам клювов разной поляности, общий вид; на фиг.2 - развертка полюсной системы ротора для 2Р-6; на фиг.З и 4 - предлагаемый генератор с дополнительными Т-образнь ми системами, клювов; на фиг,5 и 6 - развертки полюсных систем ротора для генераторов по фиг.З и 4 соответственно.

Предлагаемый генератор содержит статор 1 с якорной обмоткой, ротор со средней Т-образной системой 2 клювов с дисковой частью 3, Г-образные системы 4 и 5 клювов с внутренними цилиндрическими поверхностями .6 и 7 соответственно, основные кольце- ные постоянные магниты 8 и 9, намагниченные аксиально и встречно, осверхностями основных кольцевых магни- топроводов и внутренними цилиндрическими поверхностями Г-образных систем клювов 4 и 5 и дополнительных аксиальных воздушных зазоров 20 с торцовыми поверхностями дисковой части 3 средней Т-образной системы клювов 2. Данное изобретение позволяет повысить надежность и удельные массо- энергетические показатели генератора путем повышения окружной скорости ротора с равнопрочной дисковой частью, увеличения объема активных материалов, повьшения жесткости ротора и критических частот вращения вследствие уменьшения расстояния между

подшипниковыми опорами. 1 з,п, ф-лы,

6 ипо 1 табл.

o

новные кольцевые магнитопроводы 10 и 11, подшипниковые щиты 12 и 13, подшипники 14 и 15, втулки 16 и 17, основной воздушный зазор 18 между системами ютювов и статором, дополнительные воздушные зазоры:- радиальные 19 между внутренними цилиндрическими поверхностями 6 и 7 систем 4 и 5 клювов и наружными поверхностями основных кольцевых магнитопроводов 10 и 11, и аксиальные 20 между торцовыми поверхностями, основных кольцевых постоянных магнитов В и 9 и торцовыми поверхностями дисковой части 3, 5 средней Т-образной системы 2 клювов. Системы 2, 4 и 5 клювов дисковая часть 3 и основные кольцевые магнитопроводы 10 и 11 выполнены из маг- нитомягкой стали, подшипниковые щиты 12 и 13 и втулки 16 и 17 - из нем&гнитной стали.

Системы клювов 2 имеют одну полярность (на фиг,1 и 2 южную) и чередуются с системами 4 и 5 клювов, имеющими противоположную полярность (на фиг.1 и 2 северную). Длина клювов систем 4 и 5 Б расточке равна половине длины Т-образных клювов системы 2, равной длине статора 1.Основные кольцевые постоянные магниты 8 и 9 и основные кольцевые магнитопроводы 10 и 11, образующие индуктор.

0

5

0

закреплены на подшипниковых щитах 12 и 13 по одному магниту и магнитопро-г воду на каждому щите и размещены симметрично относительно дисковой части 3. Постоянные магниты 8 и 9 намагничены аксиально и встречно друг относительно друга.

Системы клювов могут соединяться между собой, например, с помощью сварки или путем заливки промежуткЪв между ними.немагнитным сплавом. Постоянные магниты могут быть выполнены из редкоземельного материала, например, железо-неодим-бор.

Предлагаемый бесконтактный синхронный генератор может содержать п пар (где п - любое целое число) дополнительных кольцевых постоянных магнитов 21 и 22 и дополнительных кольцевых магнитопрйводов 23 и 24 (фиг.З и 4), которые устанавливаются на подшипниковых щитах 12 и 13 попарно симметрично относительно дисковой части 3 средней Т-образной системы 2 клювов и пары дополнительных Т-образных систем клювов 25 и 26. При этом внутренние цилиндрические поверхности 27 и 28 дополнительных Т- образных систем клювов 25 и 26 раз- мещаются над наружными поверхностями дополнительных кольцевых магнитопро- водов 23 и 24, а смежные кольцевые постоянные магниты (основные и дополнительные) оказываются намагничены аксиально встречно друг относительно друга, что справедливо и для выполнения данного синхронного генератора без дополнительньк элементов, т.е. согласно фиг.1. Направление намагничивания постоянных магнитов определяет пути замыкания магнитных потоков и полярность систем клювов.

Бесконтактный синхронньм генератор работает следующим образом.

При вьшолнении генератора по фиг.1 магнитные потоки основных кольцевых постоянных магнитов 8 замыкаются соответственно через основные кольцевые магнитопроводы 10 и 11,радиальные воздушные зазоры 19, Г-об- разные системы 4 и 5 клювов одной полярности, основной воздушный зазор 18, статор 1, основной воздушный зазор 18, среднюю Т-образную систему 2 клювов противоположной полярности, ее дисковую часть 3 н аксиальные воздушные зазоры 20.

0 5

0 5 0

5

5

0

При выполнении генератора по фиг.З магнитные потоки основных кольцевых постоянных магнитов 8 и 9 замыкаются соответственно через дополнительные торцовые воздушные зазоры 20,дисковую часть 3 средней Т-образной системы 2 клювов, среднюю Т-образную систему 2 клювов одной полярности, основной воздушньш зазор 18, статор 1, дополнительные Т-образные системы 25 и 26 клювов, противоположной полярности ,дополнительные радиальные воздущные зазоры 19, дополнительные кольцевые магнитопроводы 23 и 24. Таким образом, на роторе образуется переменно-полюсная система клювов, а магнитные потоки постоянных магнитов создают суммарную ЭДС в обмотке якоря в случае любого возможного конструктивного выполнения предлагаемого бесконтактного синхронного генератора.

При вьтолнении генератора с п па- рами допол нительных кольцевых посто- янньсх магнитов и кольцевых магнито- проводов и п парами дополнительных Т-образных систем клювов, полярность систем клювов ротора определяется в соответствии с таблицей,где п - любое целое число.

Каждый пакет включает кольцевой постоянный магнит и кольцевой магни- топровод.

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить удельные массо- энергетические характеристики генератора за счет минимальной величины потоков межполюсного рассеяния, при этом уменьшаются радиальные размеры ротора и увеличивается внутренний объем для размещения кольцевых постоянных магнитов в индукторе, а также высокой механической прочности ротора с равнопрочной дисковой частью средней системы клювов ротора и устранения отверстия под вал, что позволяет повысить окружную скорость вращения ротора.

Надежность генератора повышается за счет высокой жесткости монолитного ротора и относительно малого расстояния между подшипниковыми опорами, что позволяет повысить критические частоты ротора и тем самым номинальную частоту вращения. Кроме того, устраняются вращающиеся постоянные магниты, критичные к механичесским и динамическим воздействиям и исключается возможность отгиба концов клювов под действием центробежных сил благодаря вьтолнению ротора

МОНОЛИТНЫМ.

Благодаря унификации деталей индуктора и ротора можно повьшать выдаваемую мощность путем введения в индуктор и ротор указанных допол- нительных конструктивных элементов. При этом величины смещения и размеров систем клювов ротора обусловлены необходимостью минимизации и постоянства потоков рассеяния и независимо- сти их от длины статора, которая взаимосвязана с числом пакетов индукто- Так при введении в индуктор двух пар дополнительных элементов оптималная величина смещения двух дополни- тельных Т-образньпс систем клювов относительно средней Т-образной системы шювов равна половине их аксиальной длины, при этом длины клювов всех трех Т-образных систем равны, а длины Ю1ЮВОВ крайних Г-образных систем равны половине длины клювов Т- образных систем.

При введении в индуктор дополнительно четырех пар дополнительных эл MefiTOB, т.е. при вьшолнении индуктора шестипакетным (фиг.4), целесообразно из условий повышения механической прочности увеличить в 1,5 раза толщину дисковой части средней Т-образной системы клювов и также в 1,5 раза увеличить длину клювов этой системы и соответственно в 1,25 раза длину клюзов дополнительных Т-образных систем противоположной полярности и их смещение относительно средней Т-образной системы клювов.

Таким образом, с увеличением числа пар пакетов индуктора соответственно изменяются число Т-образных систем клювов и величина их смещения друг относительно друга.

Таким образом, предлагаемый генератор позволяет по сравнению с известным при одинаковой мощности генераторов повысить их удельные массо- энергетические характеристики, обеспечить более высокую мощность генератора при равных габаритных размерах, а также обеспечивает возможност создания бесконтактных синхронных генераторов мощностью до 1000 -; 1500 кВт и более при высоких удельных массо-энергетических стиках.

характериФ

ормула изобретения

5 0 5

д

5

0

5

0

5

и внутренней цилиндрической поверхностью одной из Г-образных систем клювов и с аксиальным зазором между торцовой поверхностью основного кольцевого постоянного магнита и торцовой поверхностью дисковой части средней Т-образной системы клювов,

2,Генератор по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности,генератор снабжен

п парами дополнительных кольцевых магнитопроводов и кольцевых постоянных магнитов, намагниченных аксиально и парами дополнительных Т-образных систем клювов, где п - целое число, дополнительные кольцевые магни- топроводы и дополнительные кольцевые постоянные магниты размещены на подшипниковых щитах попарно симметрично относительно дисковой части средней Т-образной системы клювов, внутренние цилиндрические поверхности дополнительных Т-образных систем клювов расположены над наружными поверхностями дополнительных кольцевых магнитопроводов, при этом смежные кольцевые постоянные магниты намагничены встречно друг относительно друга.

Г-.

ifi

S сь -

/ / / / / /

Ni

(puz.

8

N

//

V

/2

«

//

У /

1/

I/

/И

У

д/

/I/

.5

9и.б