Индуктор электрической машины Советский патент 1992 года по МПК H02K1/24 

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к многополюсным электрическим машинам с злектро «агнит- ным возбуждением.

Известны явнополюсные электрические машины с обмотками возбуждения, установленными только на полюсах одноименной, например северной, полярности. В многополюсных электрических машинах этого исполнения, ввиду ограниченности пространства, в ряде конструктивных вариантов полюсы, несуаре катушки возбуждения, проектируются без расширения их при ВУкоде в воздушный зазор, что создает возможность одевания на полюсь- сверху заранее намотанных катушек. Таким образом, в таких электрических машинах в расточке статора чередуются широкие и узкие полюсные наконечники. В электрических машинах с чередующимися через один полюс обмотками возбуждения последние, ввиде одинаковой полярности всех катушек обмотки, создают осевые паразитные магнитные потоки, замыкающиеся через вал, подшипниковые щиты и станину

Наличие магнитных потоков в подшипниковых щитах приводит к возникновению подшипниковых токов, быстрому износу или ухудшению качества подшипников, снижению их надежности и долговечности.

Целью изобретения является повышение надежности и долговечности подшипников путем исключения осевых паразитных магнитных потоков.

Цель достигается тем, что в индукторе электрической машины, содержащем установленный на валу кольцевой ферромагнитный сердечник с полюсами, имеющими поочередно узкие и широкие полюсные наконечники, и катушки возбуждения, расположен- ные на полюсах с узкими полюсными наконечниками, сердечник разделен подлине индуктора на четное число отдельных пакетов, каждый из которых сдвинут относительно соседних пакетов в тангенциальном направлении на полюсное деление и отстоит от них в аксиальном направлении не менее чем на длину вылета лобовой части обмотки.

На фиг.1 показан индуктор в поперечном разрезе с изображением сечения по одному из последовательно расположенных пакетов; на фиг.2 - индуктор, разрез вдоль длины; на фиг.З - катушки индуктора для случаев небольшой длины (а) и относительно большой длины (б); на фиг.4 - магнитное поле а воздушном зазоре электрической машины вдоль ее длины.

Описание индуктора электрической машины дано для случая разделения его сердечника на два отдельных пакета.

Индуктор электрической машины содержит вал 1, на котором установлен ферромагнитный сердечник в виде первого пакета

2с чередующимися узкими полюсами 3 и широкими полюсами 4 и последовательно с

ним второго пакета 5 с такими же полюсами

3и 4, но сдвинутыми тангенциально относительно полюсов пакета 2 соответственно на полюсный шаг 6. На узких полюсах 3 обоих

0 пакетов сердечника установлены одинаковые катушки 7 возбуждения, намотанные, например, на каркасы 8 и закрепленные на полюсах одним из известных способов, на; пример клиньями 9. Лобовые части катушек

5 размещены в межпакетном промежутке 10, таким образом, минимальный размер этого промежутка в аксиальном направлении должен быть не менее вылета лобовой части. В вариантах исполнения рядом с бо0 ковой стороной катушки 7 могут быть предусмотрены каналы 11 для прохождения аксиального потока охлаждающего воздуха. Электрическое соединение катушек 7 выводами 12 произведено таким образом, что

5 при подключении катушек к источнику постоянного тока все катушки пакета 2 обтекаются током в одном направлении 13, например по часовой стрелке, а все катушки пакета 5 обтекаются током в обратном

0 направлении 14, например против движения часовой стрелки.

Индуктор электрической машины работает следующим образом.

Собранный индуктор помещается в рас5 точку статора электрической машины и приводится во вращение. В индуктор подается постоянный ток, обтекающий катушки 7 пакетов 2 и 5 в направлениях 13 и 14, Токи катушек создают в пакетах 2 и 5 магнитные

0 потоки такой ориентации, что расположенные вдоль одной и той же осевой линии, например линии 15, полюсы 3 и 4 разных пакетов являются полюсами одноименной полярности ЭДС, которая индуктируется в

5 обмотке статора, обусловлена суммой потоков этих полюсов. Ввиду противоположности направлений 13 и 14 токов в одинаковых катушках 7 пакетов 2 и 5 осевые потоки, образованные в индукторе системами этих

0 катушек, полностью компенсируют один другого, вследствие чего в индукторе нет осевого паразитного магнитного потока, ха- оактерного для традиционных конструкций, Охлаждение катушек 7 производится про5 хождением воздуха по каналам 11 в аксиальных направлениях 16.

Конструкция ш дуктора обладает рядом преимуществ по сравнению с известными. В предложенном индукторе отсутствуют осеаые магнитные потоки, характерные для

конструкций, в которых катушки обмотки возбуждения расположены через полюс. Это исключает образование подшипниковых токов и повышает надежность и долговечность подшипников электрической машины В эпектричесхих машин традиционного решения для ограничения осевых магнитных потоков м обусловленных ими подшипниковых токов применяются немагнитные щиты или станина за счет вне- дения в конструкцию составных частей из дорогостоящей немйгнитной стали, что приводит к усложнению и удорожанию .машины Предложенное техническое решение позволяет отказаться от такой необходимо- сти и тем Самым иметь более технологичную конструкцию. В качестве дополнительного преимущества можно отметить, что в предложенном индукторе заметно выше надежность катушек 7, так как катушки в два или более раз короче по сравнению с однопа- кетьой конструкцией Короткие катушки значительно плотнее наматываются при заданном натяге провода, а также лучше цементируются при пропитке Все это делает вероятность отказа зтих катушек (например вследствие витковсго замыкания) значительно меньше В то же время повышается ремонтопригодность конструкции, так как замена сравнительно короткой ка- тушки легче и обходится дешевле Другим преимуществом нового индуктора является полная магнитная симметрия всех полюсов, что позволяет выбирать при необходимости, количество вариантов параллельных ветвей обмотки статора без дополнительных ограничений Как преимущество следует отметить и улучшение условий охлаждения, обусловленное тем обстоятельством, что при сравнительно коротких катушках 7 технологическое увеличение расчетной ширины при намотке и пропитке (разбухание катушки), равное размеру 17 на фигуре За, заметно меньше аналогичного размера 18 для случая сравнительно длин- ной катушки, показанного на фиг.36, Таким образом, при коротких катушках 7 каналы 11 охлаждения, примыкающие к внешним боковым сторонам катушек, не бывают закрыты что и обеспечивает свободное про- хождение по ним воздуха и более высокую эффективность охлаждения катушек, по сравнению с известными конструкциями,

Кроме того, наличие межпакетного промежутка 10 дзет возможность образовать еще одну струю (радиальную) охлаждающего воздуха по этому каналу при вращении индуктора При этом наличие промежутка 10, увеличивающего аксиальную длину индуктора, в многополюсных машинах сказывается на общих габаритных размерах незаметно, во-первых, из-за небольшого вылета лобовых частей катушки и, во-вторых, благодаря ответвлению в этот промежуток торцепых потоков пакетов 2 и 5 из-за чего значение индукции 19 в воздушном ja зоре промежутком 10 не сильно отлива ется от номинальной индукции 20 Например, расчеты показали, что при применении двухпакетной конструкции для 32- полюсного генератора потери магнитного потока составляют незначительную часть - всего 2-3% от случая однопакетного индуктора (эта часть уменьшения потока показана поз 21 на фиг 4) В преобладающем большинстве случаев число пакетов сердечника индуктора целесообразно выбирать наименьшим четным числом 2. Однако при очень длинных сердечниках (при которых отношение длины полюса к его ширине составляет более двадцати) с целью облегчения намотки катушек и улучшения условий их охлаждения число пакетов может быть выбрано четыре или шесть.

От 1еченные преимущества конструкции особенно эффективно проявляются в многополюсных электрических машинах.

Формула изобретения Индуктор электрической машийы, содержащий установленный на валу кольцевой ферромагнитный сердечник с полюсами, имеющими поочередно узкие и широкие полюсные наконечники, и катушки возбуждения, расположенные на полюсах с узкими полюсными наконечниками, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности А долговечности подшипников путем исключения осевых паразитных магнитных потоков, сердечник разделен по длине индуктора на четное число отдельных пакетов, каждый из которых сдвинут относительно соседних пакетов в тангенциальном направлении на полюсное деление л отстоит от нмх в аксиальном направлении не менее чем на длину вылета лобовой части.

6

Фиг.Э

;;

.Шшппжнпшл ш

Сущность изобретения: индуктор электрической машини содержит ферромагнитный сердечник 2 с полюсами, имеющими узкие 3 и широкие 4 полюсные наконечники Катушки 7 возбуждения установлены на полюсах с узкими полюсными наконечниками По длине сердечник 2 разделен на четное число отдельных пакетов. Соседние пакеты сдвинуты один по отношению к другому на полюсное деление и отстоят от них в аксиальном направлении не менее чем на длину вылета лобовой части. А ил. 5 Щ 16

%jz.t/