Линейная синхронная машина Советский патент 1992 года по МПК H02K41/03 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах привода транспортных средств и исполнительных механизмов

Цель изобретения - повышение КПД путем увеличения амплитуды первой гармоники поля возбуждения и снихения амплитуд высших гармоник

На фиг.1-12 приведены конструктивные схемы и зависимости потоков и индукций на различных участках магнитной цепи линейной синхронной машины, на фиг.13 - геометрия полюса со стороны воздушного зазора, на фиг 14 -17 - зависимости магнитной нагрузки ярма полюса; на фиг.18 - конструкция линейной синхронной машины с обмотками на индукторе, ка Фиг 19 - геометрия полюса, на фиг.20и 21 -сравнительные по распределению индукции в зазоре для различных форм полюсов

Линейная синхронизация машины содержит индуктор 1, полюсы 2, расположенные с зазором 3 относительно индуктора 1, обмотку 4 возбуждения и якоря 5. Продольное сечение полюсов 2 имеет форму семиугольника, которая со стороны зазора 3 образована равнобокой трапецией с основаниями (1,4-1,6) г , (0,75-,9) г и высотой (1-0,4)6 . С противоположной стороны форма сечения полюса определяется равнобедренным треугольником с основанием (1,4-1,6) г и высотой (0,2-0,3) т . Противоположные боковые стороны сечения полюса параллельны между собой и осями пазов 6.

Обмотка 4 возбуждения выполнена со- леноидально с числом пар полюсов Рв 1 и расположена на дне пазов 6 индуктора. В тех же пазах ближе к воздушному зазору уложена обмотка 4 якоря с полюсным давлением г Полюса выполнены в виде магни2

О 4 00

ел

тоизолированных по периметру шихтованных пакетов из электротехнической стали длиной больше одного, но меньше двух полюсных делений

Для полюса линейный характер нара- стания индукции в воздушном зазоре сохраняется лишь на отрезке равномерного воздушного зазора, равном 2-/ т(фиг 10) При этом намагничивающие ампер-витки возбуждения, определяющие максимум ин- дукции в воздушном зазоре машины, должны быть .распределены также на отрезке 2/ т. Форма полюса, определяющая неравномерный воздушный зазор, машины при одновременном увеличении удельных на- магничивающих ампер-витков обмотки возбуждения и неизменном значении В йщах (в максимальной индукции в воздушном зазоре машины), дает возможность формировать требуемую картину распределения магнитного поля в воздушном зазоре линейной синхронной машины (фиг 9 и 10),

Геометрия парного полюса и воздушного зазора при этом определяется следуюа-в

щим соотношением. Xi о п1 (фиг 13)

Коэффициент полюсного перекрытия «определяется использованием распределенной обмотки возбуждения (чем больше «, тем выше использование обмотки возбуж- дения, поскольку меньшая часть (1 --а) рас- пределенной обмотки возбуждения не используется в создании основного потока возбуждения машины и коэффициентом рассеяния машины (чем больше (Z, тем боль- ше коэффициент рассеяния, поскольку уменьшается общее сопротивление магнитной цепи потокам сквозного рассеяния). В связи с этим наиболее рациональная величина находится в пределах 0 7-0,6 Кдэффи- циент равномерного зазора/ определяется из тех же соображений, что и коэффициент полюсного перекрытия, его уменьшение ведет к снижению использования распределенной обмотки возбуждения, так как максимум индукции в воздушном зазоре машины определяется намагничивающей силой, распределенной на длине 2/ г, уменьшение коэффициента равномерного зазора ведет к увеличению амплитуды первой гармоники поля возбуж- дения машины В связи с этим рациональная величина ft находится в пределах 0,375-0,45

Рациональные численные значения коэффициента полюсного перекрытия и коэффициента равномерного зазорг получены в результате анализа на матемзтических и физических моделях величины максимальной индукции в воздушном зазоре машины

5 0

5

0 5 0 0

5

амплитуды первой гармоники поля возбуждения, коэффициента рассеяния удельных масс вторичного элемента машины, силовых характеристик линейной синхронной машины.

Исходя из рациональных значений коэффициентов аи/, равных соответственно 0,7-0,8 и 0,375-0,45. рациональное значение высоты равнобокой трапеции равно (0,4-1,0)6 . При этом амплитуда первой гармоники поля возбуждения (максимальное значение) составляет 0,5-0.85 от максимума индукции в зазоре машины. (Это дает воз- можность повысить силу тяги с активной пб- верхности машины на 30-40% по сранению с известной машиной, а также уменьшает расход стали на вторичный элемент машины на 8-12 %.

Выполнение поверхности парного полюса со стороны противоположной воздушному зазору в виде равнобедренного треугольника дает следующий результат

Потокораспределение в воздушном зазоре машины имеет линейный характер и функция распределения частичных потоков в зазоре машины на длине а т имеет вид

Ф| (Х) Ki X,

где Ki - tg угла наклона графика частичных потоков (фиг 3-9)

Функция изменения потока, пронизывающего ярмо парного полюса имеет вид

ФЈ(Х)К1/2( а т)2-Х2, она справедлива в пределах изменения координаты сечения от 0 до п ъ (фиг. 15).

Как видно из графика (фиг.15), магнитная нагрузка ярма парного полюса уменьшается от центра к его краям. Функция изменения высоты ярма парного полюса от координаты сечения при равной величине индукции в ярме имеет вид;

h,(X) К2 (а г f - X2. К2 -2 . Вз U

Функция справедлива в пределах изменения координаты сечения от 0 до а i (фиг.16). На фиг.16 hn - функция изменения высоты ярма парного полюса при строго постоянном значении индукции в ярме, rue - функция изменения высоты парного полюса при форме внешней поверхности парного полюса в виде равнобедренного треугольника Высота равнобедренного треугольника, ограничивающего поверхность парного полюса, выбрана равной половине максимальной величины ярма ha. что способствует 0,,Зг.

При изготовлении машины более техно- логично принять наружную поверхность парного полюса в виде равнобедренного треугольника, а не в виде параболы, при

точно эквивалентной загрузке ярма парного полюса. Треугольная форма парного полюса с основанием (1,4-1,6) г и высотой (0,2- 0,3) т позволяет нагрузить его ярмо так, что при этом перегрузка в магнитном отноше- нии составит не более 5-10% от выбранного значения индукции в ярме парного полюса (фиг.17). (Описанное выполнение наружной поверхности парного полюса позволяет облегчить вторичную структуру машины на 30-35%),

В генераторном режиме линейная синхронная машина работает следующим образом,

В неподвижном положении индуктооа 1 и вторичного тела друг относительно друга через обмотку 4 возбуждения протекает постоянный ток. Ток, протекая по обмотке 4 возбуждения/ создает намагничивающую силу обмотки возбуждения. Направление тока на фиг.7 показано знаками -, +. Намагничивающая сила обмотки возбуждения создаст следующие поля: поля, сцепленные только с обмоткой возбуждения (поля рассеяния), и поля, сцепленные с якорной обмот- кой 4 (поля взаимоиндукции). Рабочая гармоника поля возбуждения образуется следующим образом: полюса, не имея магнитной связи друг с другом, вносят магнитную несимметрию в непосредственной близости индуктора 1, модулируют рабочую гармонику поля возбуждения на пару полюсов. При этом неравномерный воздушный зазор машины определяет повышенное значение амплитуды первой гармоники по- ля возбуждения машины относительно прототипа.

При движении полюсов изменяется по- токосцепление обмотки якоря с полем воз- бужде ния. Как следствие, в обмотке якоря 5,

выполненной по обычным законам, наводится ЭДС,

Линейная синхронная машина из-за неравномерного воздушного зазора позволяет получить повышенное значение амплитуды первой гармоники поля возбуждения и, следовательно, увеличение удельной силы тяги машины с единицы активной поверхности на 30-40%,

Выполнение полюсов семиугольными позволяет снизить расход электротехнической стали.

Формула изобретения

Линейная синхронная машина, состоящая, из первичной части, в пазах магнито- провода которой уложены многополюсная рабочая обмотка и обмотка возбуждения, и вторичной части с четным числом полюсов чередующейся полярности в виде магнито- изолированных между собой шихтованных пакетов из ферромагнитного материала длиной больше одного, но меньше двух полюсных делений, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД путем увеличения амплитуды первой гармоники поля возбуждения и снижения амплитуд высших гармоник, продольное сечение каждого полюса выполнено в виде симметричного относительно поперечной оси индуктора семиугольника, который со стороны зазора образован равнобокой трапецией с основаниями (1,4-1,6)f, (0,75-0,9) г и высотой (1-0,4)(5, а с противоположной стороны примыкающим к трапеции равнобедренным треугольником с основанием (1,4-1,6)г и высотой (0,2-0,3) г, где 6 - величина рабочего воздушного зазора машины; г- полюсное деление обмотки якоря, при этом две противолежащие стороны семиугольника парал; лельны между собой и параллельны осям пазов индуктора.

© ( t.-i I 0 C-J © () IT j- © t © (

vi... , J . v-

О О О U ) О О 6 О О О О О 66обо О О U Си О О О О О О D

фиг.1

(Риг б

F Фиг 7

Фиг ft

LD

CO

Ј

ч- г

Использование: в системах привода транспортных средств и исполнительных механизмов. Сущность изобретения: сечения полюсов линейной синхронной машины выполнены в виде симметричного семиугольника, образованного равнобокой трапецией с основаниями (1,4-1,6)г , (0,75-0,9) г высотой (0,4-1)6 и равнобедренным треугольником с основанием (1,4-1,6) т и высотой