Бесконтактная элекрическая машина Советский патент 1975 года по МПК H02K19/06 

1

Изобретение относится к бесконтактным электрическим машинам и может быть использовано как двигатель и генератор переменного тока. В зависимости от выполнения обмоток машина может работать как синхронная или как асинхронная. Известны бесконтактные электрические машины, например индукционные, со статором, состояш,им из двух частей - якорной и индукторной с размещенными в них об.мотками якоря и индуктора, установленных с зазором друг относительно друга и ротора, и безобмоточным зубчатым ротором с двумя активными поверхностями.

Цель изобретения - снижение расхода активных материалов, улучшение эксплуатационных показателей.

Указанная цель достигается тем, что магнитопровод статора выполнен состоящим из двух частей - якорной и индукторной, установленных с зазором относительно друг друга и ротора, одна из которых обращена к части ротора, имеющей меньшее расстояние между зубцами (меньшую зубчатость), и в ней расположена одна из статорных обмоток, преимущественно якорная, а другая обращена к части ротора с большей зубчатостью, и в ней расположена вторая статорная обмотка, причем воздушный зазор между статором и ротором в области меньшей зубчатости превышает зазор между статором и ротором в области большей зубчатости.

Целесообразны следующие варианты выполнения предлагаемой бесконтактной машины:

а) ротор выполнен в виде двух идентичных комплексов зубцов, смещенных на половину зубцового деления и располол енных симметрично относительно поперечной оси машины

с перекрытием в средней части, в результате чего образуется область с меньшей зубчатостью в зазоре между ротором п одной из частей магнитопровода статора, преимущественно якорной, а другая часть магиитопровода

статора состоит из двух пакетов, расположепных по продольной оси машины по обе стороны от первой, с размещеппыми в них двумя идентичными обмотками, взаимно сдвинутыми па 180 эл. град.;

б) одна из частей статора, преимущественно пндукторная, состоит из трех пакетов, симметрично расположенных относительно поперечной оси, с обмотками, сдвинутыми на 120 эл. град., а ротор выполнен в виде трех

комплектов зубцов, сдвинутых на 1/3 зубцового деления, из которых два рядом расположенных комплекта установлены симметрично относительно поперечной осп с перекрытием па величину якорной части статора, а третий комплект установлен в зоне перекрытия, и высота его зубцов превышает высоту зоны перекрытия двух первых комплектов; в) индукторная и якорная части магнито провода статора установлены коаксиально п обе стороны от ротора, в результате чего ротор своей внешней поверхностью обращен в одной частн магнитопровода статора преимущест венно к якорной, а внутренней - к индуктор ной поверхности. На фиг. 1 схематично изображена бескон тактная электрическая машина при наличии одного комплекта зубцов ротора н коаксиальном расположении индукторной и якорной части магннтопровода, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, разрез но А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - бесконтактная электрическая машина нри разделении одного из магпитонроводов статора на два пакета и наличии двух комплектов зубцов ротора; на фиг. 4 - схема крепления зубцов ротора в варианте выполиения машины, представленном на фиг. 3. В неподвижном корпусе 1 машины (см. фнг. 1) расположен пакет магнитопровода 2 индуктора, в пазах которого уложена обмотка 3 пндуктора. На внутреннем статоре 4 размещен магпитопровод 5 якоря, в пазах которого расположена обмотка 6 якоря. Магнитная связь магнитопроводов 2 .и 5 ипдуктора и якоря соответственно осуществляется посредство.м набора распределенных по окружности зубцов 7 ротора, магнитно изолпроваиных друг от друга и укрепленных шпильками 8. Зубцы 7 механически связаны с фланцами 9 ротора, которые в части, примыкающей к пакетам ротора, выполнены из немагнитного материала. Ротор, состоящий из зубцов 7, фланцев 9 и вала 10, может вращаться вокруг оси машины на подшипниках 11, размещенных в подшипниковых щитах 12. Большая зубчатость воздушного зазора между магнитопроводом 2 индуктора и ротором по отнощению к зазору между ротором и магнитопроводов 5 якоря достигается за счет различия внешнего и внутреннего диаметров ротора при коаксиальном расположении магнитопроводов статора. На фнг. 3 магнитопровод 2 индуктора разделен на два отдельных пакета 13 и 14 с обмотками 15 и 16, расположенных по обе стороны от магнитопровода 17 якоря с обмоткой 18. Магнитная связь между пакетами 13 и 14 статора осуществляется посредством двух комплектов зубцов 19 и 20 ротора, смещенных на половину зубцового деления и расположенных симметрично относительно поперечной оси машины с перекрытием в средней части ротора, обращенной к магнитопроводу якоря, в результате чего образуется область ротора с меньшей зубчатостью. Каждый из пакетов 13 или 14 магнитно связан с одним комплектом зубцов 19 или 20, ввиду чего воздушный зазор у накетов 13 н 14 индуктора имеет ярко выраженную зубча тую структуру. Обмотки 15 и 16 индуктора выполнены идентично, но имеют пространственный или временной сдвиг на 180 эл. град. Каждый нз двух пакетов 13 и 14, составляющих магнитопровод индуктора, жестко связан с подщипниковым щитом 12 и составляет с ним единый конструктивный узел. Механически зубцы 19 и 20 ротора связаны с валом 21 с помощью детали крепления ротора 22. Более подробно крепление ротора 22 представлено на фиг. 4; оно выполнено в виде диска 23 с ребрами из немагнитного материала и зубцов 24. Схема устройства бесконтактной электрической мащины при разделении магнитопровода 2 индуктора на три отдельных пакета может быть представлена аналогично фнг. 3 с введением третьего пакета индуктора соосно с магнитопроводом якоря по поперечной оси и третьего комплекта зубцов, связывающего этот магпитопровод с магнитопроводом якоря. При этом обмотки индуктора выполняются с временным или пространственным сдвигом в 120 эл. град. Рассмотрим работу бесконтактной электрической мащины в режиме синхронного генератора. При питанин обмотки 3 индуктора (см. фпг. 1) или 15 и 16 (см. фиг. 3) постоянным током в воздущном зазоре создается неподвижное поле с числом полюсов индуктора. Если вращать ротор посторонним двигателем, это неподвижное поле начинает пульсировать с зубцовой частотой ввиду зубчатой структуры воздущного зазора, обращенного к магнитопроводу 2 ипдуктора. Образуюн;иеся пульсации можпо представить в виде положения двух вращающихся зубцовых нолей с числами полюсов 2 (z-/;) и 2 (z + p, где z - число зубцов ротора, /; - число нар полюсов индуктора. Потоки этих гармоник замыкаются по осповному магнитному пути - магнитопровод 2 индуктора, воздушный зазор, зубцы 7 ротора, второй воздушный зазор, магнитонровод 5 якоря. Если обмотка 6 якоря вынолнена на число нолюсов, равное числу полюсов одной из зубцовых гармоник, в ней будет наводиться э.д.с. зубцовой частоты, которая создаст ток в нагрузке. Индуктивность рассеяния обмотки 6 якоря не будет велика потому, что эта обмотка создает ввиду отсутствия зубчатости ноле, практически идентичное вызвавшему его зубцовому нолю, а со вторым зубцовым полем не взанмодействует. Иснользование активных материалов предлагаемой у-яитиы новьшлается ввиду того, что с устранением или сведением к минимуму зубчатости ротора в расточке якоря увеличивается амплитуда индукции поля и снижается насыщение зубцового слоя ротора, что вызывает величение полезной мощности машины. Помимо этого, расход активных материалов моет быть существенно уменьщен при выполпеии выходной якорной обмотки малополюсой. В известных индукторных машинах такой ариант неэффективен ввиду возрастания индуктивностей рассеяния до неприемлемых значений.

Если машина имеет два комплекта зубцов 19 и 20 ротора, сдвинутых на половину зубцового деления, и две обмотки пакетов индуктора, смещенные на 180 эл. град., зубцовые поля, создаваемые в зазоре якоря этими двумя обмотками, будут складываться ввиду того, что фазовый сдвиг зубцовой гармоники определяется суммарным или разностным электрическим сдвигом обмотки и зубцов, создающих эту гармонику. Оба этих фазовых сдвига для гармоник второго пакета индуктора при указанном выполнении зубцов и обмотки равны 180 эл. град, (сумма их 360°, разность 0°). В то же время при таком выполнении из магнитного поля исключается гармоника с числом пар полюсов индуктора, не являющаяся рабочей, так как два пакета 13 и 14 индуктора создают одинаковую амплитуду гармоники при сдвиге по фазе на 180 эл. град. Таким же образом исключаются из поля индуктора гармоники зубдовых пульсаций, вызываемые четными гармониками магнитной проводимости ротора.

При наличии комплектов зубцов ротора, взаимно смещенных на треть зубцового деления, и трех обмоток индуктора, смещенных в пространстве на 120 эл. град., из магнитного поля исключается не только гармоника с числом пар полюсов индуктора, но и смежная зубцовая гармоника с числом полюсов 2(4-) или 2(2-р) в зависимости от направления сдвига и остается только одно рабочее зубцовое поле индуктора, которое суммируется по всем трем магнитопроводам индуктора. В этом случае параметры обмотки индуктора, как и обмотки якоря, могут приближаться к параметрам обмоток обычных мащин.

Формула изобретения

1. Бесконтактная электрическая мащина, содержащая магнитопровод статора с пазами.

состоящий из двух частей - якорной и индукторной с размещенными в них обмотками якоря и индуктора, установленных с зазором друг относительно друга и ротора, и безобмоточный зубчатый ротор с двумя активными поверхностями, обращенными к соответствующим активным поверхностям двух частей статора, выполненный в виде набора магнитно изолированных зубцов, отличающаяся

тем, что, с целью снижения расхода активных материалов и улучшения характеристик, ротор выполнен с отношением расстояния между зубцами и зубцовому шагу в зоне его активной поверхности, обращенной к нндукторной части статора, большим отношения расстояния между зубцами к зубцовому шагу другой его активной поверхности, обращенной к якорной части статора.

2.Машина по п. 1, отличающаяся тел1, что ротор установлен с большим воздушным зазором к якорной части статора, чем к индукторной.

3.Машина по п. 1, отличающаяся тем, что набор магнитно изолированных зубцов ротора выполнен из т идентичных комплектов зубцов, смещенных наю часть зубцот

вого деления ротора и расположенных симметрично относительно поперечной оси машины с перекрытием в средней части мащины по одной из активных поверхностей ротора, обращенной к якорной части статора, а другая активная поверхность ротора, образованная поверхностями комплектов зубцов, обращена к индукторной части статора, содержапхей т аксиально смещенных пакетов, симметрично расположенных относительно поперечной оси машины и несущих индукторные обмотки, взаилтно смещенные по окружности

на электрических градусов, где т - целое положительное число.

Фиг.

Фиг 2

h

fuzA