ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Советский патент 1968 года по МПК H02K3/46 

Электрические машины, в которых обмотка якоря расположена на роторе, представляющем собой конструкцию беспазового барабанного якоря, были известны еще в конце XIX в. На смену им пришли машины, в которых якорная обмотка располагалась в аксиальных обмоточных пазах. Эта конструкция явилась новой ступенью развития по сравнению с беспазовым якорем и получила преи1мущественное распространение и до настоящего времени. Сравнительно небольшой действующий воздушный зазор в пазовой конструкции позволил значительно уменьшить размеры системы возбуждения. Вместе с тем применение якоря с пазами решает проблему получения надежной механической передачи силы между железным сердечником якоря и размещенными на нем активными проводниками.

В последнее время было обнаружено, что некоторые специальные машины могут быть с успехом выполнены с беспазовым якорем. Так, например, в турбогенераторах обычной конструкции обмотка якоря может быть целиком уложена на окружающем ротор и закрепленном на статоре полом цилиндре, выполненном из изоляционного материала. Полый цилиндр удерживается на статоре с помощью аксиальных пазов, не являющихся, однако, в обычном понимании пазами обмотки. Такие машины предназначены для тех случаев, когда для обеспечения стабильности необходимы .машины с очень большим воздушным зазором.

Известен сервомотор постоянного тока, ротор которого выполнен в виде бес/пазового барабанного якоря. Так как упомянутый двигатель рассчитан на мощность менее 60 кет и выполнен с большим отношением длины якоря к его диаметру, то центробежные силы, действующие на обмотку, невелики. Обмотка якоря вместе с изоляцией и крепящими элементами заливается на сердечнике эпоксидной смолой, образуя монолитный пакет, обеспечивающий достаточную механическую связь между обмоткой и сердечником якоря.

Однако эта конструкция применима только для небыстроходных машин с относительно небольшим диаметром якоря. Необходимым условием для применения беспазового ротора в качестве якоря и при больших мощностях и большой скорости является достаточно прочная механическая связь между обмоткой и цапфами вала.

Предметом изобретения является электрическая машина, например, синхронный генератор, рассчитанный на мощность свыше 100 кет, с обмоткой возбуждения на статоре и с якорной обмоткой на беспазовом цилиндрическом роторе, закрепленной посредством бандажа, выполненного в виде полого цилиндра из немагнитного материала с высоким удельным сопротивлением. Для увеличения механической связи обмотки с валом, бандаж жестко соединен с -цапфами вала посредством элементов, аксиально расположенных вне зоны лобовых частей обмотки. Таким образом, бандаж служит не только для удержания о-бмотки от перемещения под воздействием центробежных сил, но и передает полностью или частично вращающий момент на вал мащины. На фиг. 1 представлен поперечный разрез предлагаемой машины; на фиг. 2 - ее общий вид с частичным разрезом по оси; на фиг. 3 и 4 - вариант выполнения мащины со сверхпроводящей обмоткой возбуждения. Статор 1 мащины снабжен двухполюсным индуктором 2, обмотка которого состоит из седлообразной катушки 3 для каждого полюса. Катушки окружены оболочками 4, предназначенными для подачи в них охлаждающего агента. Железный сердечник 5 ротора 6 не имеет пазов в площади воздушного зазора, выполнен из листового материала и снабжен центральным осевым каналом для циркуляции охлаждающего агента. Сердечник не имеет непосредственного соединения с цапфами 7 и 8 вала ротора, каждая из которых укреплена в подшипниках 9 vi 10 статора. Обмотка якоря 11 машины расположена на роторе в виде трехфазной обмотки, соединенной звездой. Штрих-пунктирными линиями FF на фиг. 1 отмечен сектор, заключающий в себе одну половину активных проводников одной из трехфазных обмоток ротора. Другая, не показанная на чертеже, половина расположена диаметрально противоположно. Активные проводники в фазной обмотке располагаются радиальными слоями, изолированными между собой посредством промежуточного изоляционного слоя 12. Все проводники в слое размещены по периферии сердечника рядом друг с другом, а радиальноидущие слои образуют части обмотки, следующие друг за другом в такой же последовательности, как в схеме обмотки. Благодаря этому нейтральная точка трехфазной обмотки находится в самом верхнем слое. Обмотка намотана на сердечник ротора образом, что «онцы катушек вне сердечника якоря образуют расположенные в осевом направлении слои толщиной, равной толщине проводника, причем под толщиной проводника принят его диаметр вместе с изоляцией. Слои изолированы друг от друга изоляционными шайбами 13, помещенными в радиальной -плоскости. Цилиндр 14 выполнен из стеклопластика и содержит предварительно на-пряженные, в основном проходящие по периферии стеклянные волокна. Действующая на воло;кна сила предварительного напряжения больше ценгробежных сил, действию которых могли бы подвергаться волокна. Предварительное напряжение способствует механической связи между цилиндром и фланцами 15 и 16. Кроме того, механическая связь между цилиндром и фланцами усилена посредством охватывающих фланцы стальных колец 17 и 18, насаженных в горячем состоянии на цилиндр 14. Последний на внешней стороне снабжен не показанным на чертеже проводящим слоем с высоким удельным сопротивлением электрически соединенным с фланцами. Обмотка ротора пропитана иод вакуумом лластичеокой массой, что создает жесткое соединение между проводниками, а также между проводниками и изоляционным слоем. Каждая из концевых точек фазы обмотки соединена с контактным кольцом 19 посредством помещенного внутри вала изолирующего проводника 20. Контактные кольца помещены на выполненном из изоляционного материала удлинения 211вала ротора. В машинах, имеющих сверхпроводящюю обмотку возбуждения на статоре, предложенная конструкция ротора является особенно целесообразной, так как силы, действующие между цапфа-ми вала и обмоткой ротора, становятся в этом случае особенно большими. Такая мащина представлена на фиг. 3 и 4. Статор снабжен сверхпров-одящей обмоткой вазбуждения 22. Ротор 23 в основном выполнен таким же образом, как и в описанной выше мащине, только вместо цилиндра с отдельно изготовленными флан-цами и цапфами вала применен корпус, изготовленный в виде цельной конструкции из эпоксидной смолы, арми1рованной слоистым стеклянным волокнам. Данное изобретение допускает несколько возможных вариантов выполнения. В частности, цилиндр 14 может быть выполнен целиком из немагнитного сплава с высоким электрическим удельным сопротивлением или из пластической массы, армированной слоистым стекловолокном. Цилиндр может быть из-потовлен и из немагнитного провода, например, изол-ированного провода из нержавеющей стали, или из стекловолокна, навитого в один или несколько слоев вокруг обм-отки по винтовой линии. При этом каждый слой провода может иметь направление навивки, обратной предыдущему, а концы проводов закрепляются нажимными поверхностями фланцев. Оптимальный угол навивки определяется в зависимости от длины, диаметра, скорости вращения и т. д. Предмет изобретения 1. Электрическая машина, например, синхронный генератор, с обмоткой возбуждения на статоре и с якорной обмоткой на беспазовом цилиндрическом роторе, закрепленной посредством бандажа, выполненного в виде полого цилиндра из немагнитного материала с (ВЫСОКИМ удельным электрическим сопротивлением, отличающийся тем, что, с -целью увеличения механического сцепления обмотки с валом, указанный бандаж жестко соединен полобовых частей элементов с цалфами вала.

2.Машина по п. 1, отличающаяся тем, что элементы, связывающие бандаж с цапфами вала, выполнены в виде металлических фланцев, связанных с бандажом, и стальных колец, охватывающих указанный бандаж в месте стыков с фланцами и лриваренных к фланцу.

3.Машина по пл. 1 и. 2, отличающаяся тем, ЧТО якорная обмотка выполнена многофазной, иричем каждая фаза обмогки образована рядом БИТКОВ, уложенных, по крайней мере, в один слой, стороны которых расположены по окружности ротора под углом 180°, и изолирована от смежных фаз продольными изоляционными перемыч1ками.

4. Машина по пп. 1 и 2, отличающаяся гем, что бандаж выполнен из пластмассы, армированной предварительно напряженным стекловолокном.

5. Машина по лп. 1, 2 и 4, отличающаяся тем, что бандаж выполнен из одного или нескольких слоев немагнитной проволоки, навитой вокруг обмотки по винтовой линии, причем каждый слой имеет направление навивки,

обратное 1предыдущему, а концы проволоки закреплены нажимными поверхностями фланцев.

6. Машина по лп. 1, 2, 3 и 5, отличающаяся тем, что в качестве немагнитной проволоки

применен изолированный провод из нержавеющей стали.

да

А

Фиг. 2