Электрическая бесконтактная синхронная машина Советский патент 1977 года по МПК H02K19/22 

1

В известных автономных турбогенераторных источниках электропитания со сроком непрерывного функционирования, исчисляемым десятками тысяч часов, используют бесконтактные синхронные генераторы с цилиндрической расточкой, в которых вместо подшипников качения или скольжения применяются газостатические или газодинамические опоры.

Выполнение упорных подшипников в высокоскоростных машинах связано с необходимостью преодоления сушественных трудностей, обусловленных большими величинами окружной скорости врашения упорного диска; механических нагрузок в диске, вызываемой ими несоосностью опорных подшипников и др.

Известно устройство, в котором с помош,ью зубцовых зон радиальной магнитной стабнлизации обеспечивается магнитный подвес только в плоскости 1.

Однако, это устройство обеспечивает магнитную стабилнзацию ротора с помошью зубцовых зон только в радиальной плоскости, а для обеспечения пространственного подвеса дополнительно используется газовый подпятник. Применение двух различных систем для пространственного подвеса ротора обуславливает большие габариты, вес и низкую надежность таких устройств.

Известны высокоскоростные торцовые асинхронные машины, в которых используются газовый подпятник и магнитная стабилизация роторов с помощью зубцовой зоны, наносимой на актнвные новерхности статора и ротора. В пазах этой зоны проводники с током не размещаются. При возникновении внешних возмущающих сил зубцы ротора смещаются относительно зубцов статора. Картина расиределения магнитного поля в зубцовой зоне статора Н ротора становится несимметричной.

Возникает центрирующая упругая сила, под действием которой компенсируется внешнее возмущение и ротор занимает исходное положение с максимальной магнитной нроводимостыо между зубцами магнитиой стабилизаци11 2.

Магнитная стабилнзация ротора в таких машинах обеспечивается лишь в одной илоскости.

Целью изобретения является уменьшение веса Н габарнтов машнны, повышение надежности Н быстродействня пространственной стабилизации положения ротора.

Указанная цель достигается тем, что на цнлиндрических поверхностях статора и ротора, образующих дополнительные воздушные зазоры, выполнены симметричные коаксиальные зубцовые зоны. Прн этом, кольцевая обмотка возбуждения заключена в обойму, иоверхности которой образуют с поверхностями полюсов и осевой втулки упорные и опорные газовые подшипники.

На чертеже показана конструкция предлагаемой машины.

Машина содержит торцовый статор 1, обмотку якоря 2, радиально стабилизирующие концентрические зубцы 3 статора, радиально стабилизирующие концентрические зубцы 4 полюсов ротора, аксиально стабилизирующие коаксиальные зубцы 5 корпуса, аксиально стабилизирующие коаксиальные зубцы 6 ярма наружных полюсов ротора, штуцеры 7 подачи газа для опорных газодинамических подшипников, штуцеры 8 подачи газа для упорных газодинамических подшипников, звездочку внутренних торцовых полюсов 9 ротора, звездочку внешних торцовых полюсов 10 ротора, кольцевую обмотку возбуждения И, немагнитную обой.му 12 обмотки возбуждения, немагнитные сепараторы 13, создающие полости для упорных газодинамических подшипников, корпус 14.

Предлагаемый генератор является двухпакетной бесконтактной торцовой синхронной машиной с внешними торцовыми якоря.ми и внутренней кольцевой обмоткой возбуждения, расположенной между двумя вращающимися торцовыми полюсными системами.

Статор 1 с радиально стабилизирующими зубцами 3, немагнитные сепараторы 13, корпус 14 с аксиально стабилизирующими зубцами 5 и немагнитная обойма 12 обмотки возбуждения образуют рабочие поверхности внутреннего герметичного объема для газовых и магнитных опор ротора. В этом объеме размещен ротор, состоящий из звездочек внутренних 9 и наружных 10 торцовых полюсных систем. На рабочих поверхностях полюсных систем против зубцов 3 статоров расположены радиально стабилизирующие зубцы 4 полюсов, имеющие форму и зубцовое давление, аналогичные зубцам статоров.

На наружной поверхности ярем наружных полюсов иротив зубцов 5 корпуса расположены аксиально стабилизирующие зубцы 6, имеющие такую же форму и зубцовое деление, что и зубцы 5. Боковые поверхности иолюсных систем должны быть гладкими. Если промежутки между внешними и внутренними полюсами не залиты немагнитной сталью (сварная конструкция), то по боковым поверхностям они закрываются немагнитными крышками. Одна из полюсных систем ротора выполняется с осевой втулкой, на которой после установки обмотки возбуждения закрепляется другая полюсная систе.ма. Боковые нерабочие торцовые плоскости полюсных систем и обоймы обмотки возбуждения со сторон, противоположных расточкам, образуют основные плоскости упорных газодинамических подшииников. Внутренние цилиндрические поверхности между осевой втулкой и обоймой обмотки возбуждения образуют основные иоверхности опорных газодинамических подшипников.

Таким образом, соответствующие участки поверхности ротора выполняют функции оиорных и упорных подшипников. Это позволяет полюсным системам ротора совместить выполнепие двух вращающихся магнитных проводников и переключателей потока возбуждения (индуктора) и опорных и упорных газовых подшипников бесконтактной синхронной машины. Следовательно, такое совмещение функций полюсных систем позволяет устранить опорные и особенно упорные газовые подшипники, как отдельные конструктивные узлы, обычно размещаемые вне активного объема аналогичных машин с цилиндрической расточкой.

Для уп|)гой газовой или аэродинамической подвески ротора в герметический объем машины подается сжатый газ через штуцеры 7 и 8 соответственно для опорных и уиорных

подшипников. Необходимые величины воздушных зазоров для газостатических и газодинамических подшипников выполняются для упорных подшипников .между нерабочи.ми торцовыми поверхностями полюспых систем и боковыми поверхностями немагнитной обоймы обмотки возбуждения, а также на участках боковых поверхностей между немагнитными сепараторами и нерабочими торцовыми иоверхностями полюсов со стороны расточек, за исключением зоны рабочих расточек торцовых якорей, для опорных подшипников - .между цилиндрическими поверхностя.ми осевой втулки полюсов и немагнитной обоймы обмотки возбуждения. Нараллельно с газостатической или с

газодииамической подвеской ротора в предлагаемой машине предусмотрена магнитная подвеска, осуществляе.мая магнитными силами, возникающими в зубцовых зонах 3, 4 и 5, 6 возбужденной машины.

Магнитные силы между стабилизирующими зубцовыми зонами в расточках якорей и в корпусе позволяют осуществить упругую магнитную подвеску ротора во внутреннем объеме машины подобно упругой газостатической

или аэродинамической подвеске. Получение магнитного пространственного подвеса ротора п магиитной пространственной его стабилизации при воздействии на ротор различных возмущений требует в основном только некоторого увеличения намагничивающей силы обмотки возбуждения, обусловленного соответствующим увеличением эквивалентных основных и добавочных воздушных зазоров.

Предложенная система упругого магнитного

подвеса ротора имеет реакции связей между всеми взаимодействующими магнитными силами, что делает систему подвеса устойчивой. Машинам согласно изобретению, а также аналогичным двухпакетным торцовы.м синхронным машинам с совмещенными статорами и полюсными системами при использованпи их активных поверхностей и зубцовых зон радиальной магнитной стабилизации соответственно иод газодинамические и магнитнореактивные оиорные подшипники, ирисуща необходимая жесткость вала и его консолей, высокая жесткость ротора благодаря сокращению расстояния между опорами. Кроме того, в этих машинах имеет место дублирование двух систем подвеса ротора на силах магнитных и аэродинамических, что существенно повышает их надежность в различных условиях функционирования. При этом используется один и тот же поток возбуждения для основного энергопреобразовательного процесса генератора, а также магнитный подвес и магнитная стабилизация безвального ротора.

Формула изобретения

1. Электрическая бесконтактная синхронная машина, содержащая статор, ротор с осевой втулкой и полюсами, неподвижную кольцевую обмотку возбуждения, газовые подшипники, образованные прилегающими поверхностями неподвижной и вращающихся частей, в которой на прилегающих торцовых поверхностях статора и ротора, образующих основной воздушный зазор, через который проходит рабочий магнитный поток машины, выполнены симметричные концентрические зубцовые зоны, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения веса и габаритов машины, повышения надежности и быстродействия пространственной стабилизации положения ротора, на цилиндрических поверхностях статора и ротора, образующих дополнительные воздущные зазоры, выполнены симметричные коаксиальные зубцовые зоны.

2. Машина по и. 1, отличающаяся тем, что кольцевая обмотка возбуждения заключена в обойму, поверхности которой образуют

с поверхностями полюсов и осевой втулки упорные и опорные газовые подшипники.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Авторское свидетельство СССР №359727, М. Кл.2 Н 02К 49/02, 1970 г.

2.Патент Франции К° 1271654. кл. F 16d 1961 г.

13

7 12

П V