БЕСКОНТАКТНЫЙ СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР Советский патент 1968 года по МПК H02K21/12 H02K19/36 

Известны бесконтактные синхронные генераторы с возбуждением от ностоянных магнитов с полюсными наконечниками на роторе, регулируемые посредством неподвижного магнитного шунта, выполненного в виде магнитно-мягкого кольца П-образного сечения с кольцевой подмагничивающей обмоткой.

Цель настоящего изобретения - повышение возможностей использования активных материалов и уменьшение мош,ностей управления.

Отличие предложенного генератора состоит в том, что ротор снабжен двумя кольцевыми магнитопроводами, один из которых соединен с полюсными наконечниками одной нолярности, а другой - с полюсными наконечниками другой полярности, а магнитный шунт расположен между ними.

Магнитопроводы, соединяюшие полюсные наконечники одноименных полярностей, могут быть расположены концентрично с одной стороны ротора, в таком случае один из магнитопроводов соединен с полюсными наконечниками через радиальные перемычки. Кроме того Магнитопроводы могут быть размеш,ены по обеим сторонам ротора. При этом магнитный шунт вынолнен из двух частей, расположенных между указанными магнитопроводами и валом, который должен быть изготовлен из магнитного материала и используется в качестве магнитопровода.

Па фиг. 1, 2 и 3 представлены конструктивные варианты генераторов с ротором типа «звездочка и с явно выраженными полюсами, у которых Магнитопроводы, соединяюш:ие полюсные наконечники, распололсены концентрично; на фиг. 4 и 5 - вариант с расположением магнитопроводов по обеим сторонам ротора.

Ротор генератора, изображенного на фиг. 1,

содержит магнит / типа «звездочка. Полюсные наконечники 2 одной полярности соединены с кольцевым магнитопроводом 5, а полюсные наконечники 4 другой полярности - с кольцевым магнитопроводом 5 посредством

радиальных перемычек 6. Между магнитоироводами 5 и 5 расположен неподвижный шунт

7, состояший из кольца 8 и подмагничиваюш.ей обмотки 9.

Пепь шунтирования магнитного потока

включает кольцевой магнитонровод 3, шунт 7

с кольцевой обмоткой управлепия, отделенный

воздушным зазором от кольцевого магнитоировода 5, объединяющего выступающие полюсные наконечники другой полярности и связывающие их радиальные перемычки 6. Шунтируемый поток проходит от полюсных наконечников 2 одной полярности через объединяющий их магнитопровод 3 и паружный воздушный зазор в неподвижное кольцо 8, затем

провод 5, перемычки 5 - к полюсным наконечникам 4 другой полярности.

Обмотка управления Э представляет собой одну кольцевую катушку и создает н. с., направленную навстречу н. с. якорной цепи. Обмотка управления служит для регулирования величины и направления магнитного потока в шунтирующей цепи.

Возможны два варианта использования цепи, шунтируюш,ей магнитный поток:

а)Постоянные магниты обеспечивают полный магнитный поток при номинальной нагрузке (или перегрузке, если таковая требуется), а шунтирующая цепь служит только для отвода излишнего потока при малых нагрузках и холостом ходе.

б)Постоянные магниты и шунтируелаая цепь должны быть рассчитаны таким образом, чтобы при холостом ходе и малых нагрузках поток в шунтирующей цепи имел одно направление, а при номинальной нагрузке и перегрузке - другое направление.

Г1ервый вариант целесообразен в миогополюсных машинах с малой реакцией якоря и небольших нерегрузках, второй вариант в малополюсных машинах с большими нерегрузками. Степень шунтирования во всех случаях зависит от веса всей машины.

В роторах с явно выраженными полюсами (фиг. 2) появляется возможность использовать современные призматические постоянные магниты 10 с нанравленной кристаллизацией, которые обеспечивают высокую энергию магнита. В роторе с явно выраженными полюсами полюсные наконечники // могут быть соединены между собою нрокладками 12 из немагнитной стали, образовав общую трубу 13 (см. фиг. 3), что позволяет обеспечивать механическую прочность роторов с постоянными магнитами нри больщих скоростях вращения. Машины такой конструкции с постоянными магнитами с направленной кристаллизацией могут быть выполнены на мощности в несколько десятков киловатт и конкурировать по весу с бесконтактными генераторами с возбудителем и вращающимися выпрямителями, обладая при этом более высокой надежностью.

Наличие шунтирующей цепи и обмотки унравления во всех случаях позволяет стабилизировать постоянный магнит током короткого замыкания в точке максимальной энергии магнита регулированием величины рассеяния постоянного магнита, путем подбора оптимального наклона характеристики короткого замыкания. Наличие шунтирующей цепи и полюсных наконечников предохраняет магнит от размагничивания при внезапных коротких задмыканиях.

По сравнению с известными бесконтактными синхронными генераторами предлагаемая конструкция позволяет значительно уменьщить мощность регулируемого возбуждения, величнну потоков рассеяния, а также постоянную времени обмотки возбуждения, что обеспечивает лучщие характеристики при переходных процессах.

Вариант выполнения генератора, представленный на фиг. 4 и 5, характерен тем, что

полюсные наконечники полюсов одной полярности продлены в одну сторону за пределы активной части пакета статора и объединены общим замыкающим кольцом 14, а полюсные наконечники другой полярности продлены в

другую сторону и также объединены своим замыкающим кольцом 15. Расстояние между разноименнополюсными наконечниками и объединяющими их кольцами заполнены немагнитной вставкой 16 (например из немагнитной

стали). Полюсные наконечники, объединяющие их кольца и немагнитная вставка образуют прочную стальную трубу (бочку ротора), внутри которой на длине активной части пакета статора расположен постоянный магнит

17 типа «звездочка. Такая конструкция ротора обладает дополнительными преимуществами, а именно, увеличивает механическую прочпость ротора и хорощо приспособлена для работы при больших скоростях , обычно ограниченных механической прочностью «звездочки.

Цепь шунтирования магнитного потока в данном случае (фиг. 4) включает в себя два неподвижных магнитопровода 18 к 19 с кольцевыми катушками 20 и 21 обмотки управления кольца 14 и 15, объединяющие выступающие полюсные наконечники одноименной нолярности, и вал 22 из мягкой стали, отделенный от магнитопроводов 18 и 19 воздущными зазорами. Внутреннее отверстие «звездочки отделено от вала немагнитной втулкой 23. Шунтируемый поток проходит от полюсных наконечников одной полярности через объединяющее их кольцо 14 и наружный воздушный

зазор в ненодвижный магнитопровод 18, через внутренний воздушный зазор в вал 22 и затем через внутренний воздушный зазор в ненодвижный магнитопровод 19, наружный воздушный зазор в объединяющее кольцо 15

и, наконец, к полюсным наконечникам другой полярности.

Обмотка управления представляет собой две кольцевые катушки, включенные последовательно и создаюшне намагничивающую еилу, направленную навстречу н.с. якорной цепи. Обмотка управления служит для регулирования величины и направления магнитного потока в шунтирующей цепи. Последняя конструкция отличается от выщеонисанных устройством щунтирующей цепи, более простой конфигурацией полюсных наконечников, использованием вала в качестве одного из участков щунтирующей цепи, меньшей средней длиной витка обмотки возбуждения, так как кольцевые катушки расположены на меньшем диаметре. Другими достоинствами ее является меньший коэффициент рассеяния шунтирующей цепи, что упрощает технологию намагничивания постоянного магниротора, упрощает конструкцию и позволяет скомпоновать машину в меньших габаритах.

Предмет изобретения

1. Бесконтактный синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов на роторе, снабженных полюсными наконечниками, регулируемый посредством неподвижного магнитного шунта, выполненного в виде магнитно-мягкого кольца П-образного сечения с кольцевой подмагничиваюш,ей обмоткой, расположенного концентрично с валом, отличающийся тем, что, с целью улучшения использования активных материалов и уменьшения мощности управления, ротор снабжен двумя кольцевыми магнитопроводами, один из которых соединен с полюсными наконечниками одной полярности, а другой - с ПОЛЮСНР МИ

наконечниками противоположной полярности, а магнитный шунт размещен между указанными магнитопроводами.

2.Генератор по п. 1, отличающийся тем, что указанные магнитопроводы расположены концентрично на одной торцовой стороне ротора, причем один из них соединен с полюсными наконечниками соответствующей полярности через радиальные перемычки.

3.Генератор по п. 1, отличающийся тем, что указанные магнитопроводы расположены на разных торцовых сторонах ротора, и магнитный шунт выполнен из двух частей, расположенных Jмeждy указанными магнитопроводами и валом, изготовленным из магнитомягкой стали.

Приоритет по п. 3 исчислять с 16 ноября 1963 года.

Ю //

А В

.Х, .f

Д-А

18 14

го 23 П 22 2 1$ ФигЛ

Место , Оки

16

/7