Электрическая машина с магнитными подшипниками Советский патент 1980 года по МПК H02K19/00 F16C39/06 

1

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к машинам с устройствами электромагнитного поддержания ротора, т. е. с магнитными подшипниками.

Известны электрические машины с магнитными подшипниками и аксиальным возбуждением 1, содержаш;ие статор с обмоткой якоря и магнитопроводом, который отделен от полюсов магнитопровода ротора главным воздушным зазором. Тороидальные обмотки возбуждения размещены на статоре машины и создают униполярное аксиальное намагничивание ее магнитопровода. Помимо главного зазора в машине имеются также кольцевые дополнительные воздушные зазоры, образованные поверхностями магнитопроводов статора и ротора. Участки магнитопровода статора, прилегающие к дополнительным зазорам, выполнены асимметричными относительно продольной плоскости машины. Благодаря, этому при возбуждении рабочего магнитного потока между ротором и статором создается необходимая по величине и направлению радиальная магнитная сила, поддерживающая ротор и разгружающая подщипниковые опоры.

Недостатком такой конструкции является отсутствие возможности регулирования магнитной поддерживающей силы.

Известны также электрические машины с магнитными подшипниками 2, содержащие статор с обмоткой якоря, кольцевым магнитопроводом и аксиальным магнитопроводом, на котором размещены обмотка возбуждения и обмотки магнитного поддержания, ротор с магнитопроводом, установленным с воздушными зазорами по отношению к кольцевому и аксиальному магнитопроводам. Данное техническое решение наиболее близко к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту.

Недостатками этой конструкции являются значительная масса, габариты и низкий

КПД из-за того, что для обеспечения независимого регулирования магнитного потока в элементах аксиального магнитопровода статора они.удалены друг от друга, имеют увеличенные по всей длине поперечные сечения с целью обеспечения необходимой форсировки потока при регулировании. Каждая из обмоток магнитного подшипника рассчитана на полный ток, имеет значительное число витков и индуктивность.

Вследствие пульсации магнитного потока

в элементах аксиального магнитопровода

статора выделяются значительные потери.

Цель изобретения - снижение массы и

габаритов, а также повышение КПД мащины.

Указанная цель достигается тем, что обмотки магнитного ноддержания размещены по ортогональным осям машины на элементах аксиального магнитопровода статора, прилегающих к дополнительным зазорам, например, в его продольных пазах.

На фиг. 1 представлен продольный разрез мащины, имеющей внутреннее расположение аксиального магнитопровода статора; на фиг. 2 - поперечное сечение А-А на фиг. 1 прилегающего к дополнительному зазору элемента аксиального магнитопровода статора с обмотками; на фиг. 3 - продольный разрез машиньт, имеющей внешнее расположение аксиального магнитопровода статора; на фиг. 4 - поперечное сечение Б-Б на фиг. 3 прилегающего к дополнительному зазору элемента аксиального магнитопровода статора с обмотками.

Машина (фиг. 1) содержит аксиальный магнитопровод 1 с обмоткой якоря 2, кольцевой магнитопровод 3 статора 4 которого отделен от полюсов 5 магннтопровода 6 ротора 7 главным воздушным зазором 8. В машине имеются также кольцевые дополнительные воздушные зазоры 9, образованные поверхностями аксиального магнитопровода 1 статора 4 и магнитопровода 6 ротора 7. Кольцевая обмотка 10 возбуждения установлена на аксиальном магнитопроводе 1 статора 4. Четыре обмотки И магнитного поддержания ротора 7 размещены в прилегающих к дополнительным зазорам 9 элементах 12 аксиального магнитопровода 1 статора 4, например, в его продольных пазах 13 (фиг. 2). При этом оси обмоток И расположены по ортогональным осям машины и подключены к источнику 14 питания. В устройство поддержания ротора 7 входят датчики 15 положения индукционного или другого типа, установленные по ортогональным осям машины вблизи зазоров 9 и подключенные к источнику 14 питания. Машина может иметь опорные узлы 16, выполненные на подшипниках скольжения или качения.

Оптимальным (с точки зрения) экономичности и эффективности работы устройства поддержания ротора) примером использования изобретения является машина (фиг. 3 и 4), имеющая внешнее расположение аксиального магнитопровода 1 статора 4, у которой прилегающие к дополнительным зазорам 9 элементы 12 магнитопровода 1 статора 4 и полюса 5 магнитопровода 6 ротора 7 выполнены шихтованными.

При работе машины, например, в режиме двигателя обмотка якоря 2 питается от сети переменного тока, обмотка 10 возбуждения - от системы возбуждения (не показана) . Рабочий магнитный поток машины (обозначен линией со стрелками) создается обмоткой 10. Под действием возмущающих сил ротор 7 может сместиться вниз по вертикальной оси машины от исходного рабочего положения. В зависимости от величины его радиального смещения, замеренного датчиками 15 вертикального положения, верхние обмотки И магнитного поддержания ротора 7 получают соответствующие величины токов от источника 14 питания. Возбужденные ими магнитные потоки проходят через зазоры 9 и замыкаются в пределах прилегающих к ним элементов 12 магнитопровода 1 статора 4 и полюсов 5 магнитопровода 6 ротора. Восстанавливающие магнитные силы от указанных потоков возвращают ротор 7 в исходное положение. Аналогично осуществляется регулирование поддержания ротора 7 в магнитном поле машины и при иных направлениях его смещения, при этом в работу включаются соответствующие обмотки 11 устройства поддержания ротора 7.

Изобретение может- быть применено и в других конструкциях электрических машин с аксиальным возбуждением, в частности униполярных, индукторных, причем возбуждение их может осуществляться как от обмоток, так и от постоянных магнитов, установленных на магнитопроводе ротора или статора машины.

В машине по изобретению может быть обеспечен полный магнитный подвес ротора 7. При этом опорные узлы 16 обеспечивают работоспособность машины в режимах пуска, остановки или аварийных ситуациях при повреждении системы магнитного поддержания ротора.

Предложенная машина обладает меньшей массой и габаритами за счет упрощения конструкции магнитопровода статора и повышенным КПД благодаря снижению расхода меди и уменьшению потерь от пульсаций магнитного потока при регулировании. Повышается также быстродействие и эффективность системы поддержания ротора за счет снижения индуктивности обмоток магнитного подшипника.

Формула изобретения

Электрическая машина с магнитными подшипниками, содержащая статор с обмоткой якоря, кольцевым магнитопроводом и аксиальным магнитопроводом, на котором размещены обмотка возбуждения и обмотки магнитного поддержания, ротор с магнитопроводом, установленным с основным воздушным зазором по отношению к кольцевому магнитопроводу и с дополнительным зазором к аксиальному магнитопроводу, отличающаяся тем, что, с целью снижения массы, габаритов и повышения КПД машины, обмотки магнитного поддержания размешены по ортогональным осям машины на элементах аксиального магнитопровода, прилегающих к дополнительным зазорам, например, в его продольных пазах.

56

Источники информации, № 1938624/24-07, кл. Н 02 k 19/00, 1973.

принятые во внимание ири эксиертизе2. Патент США № 3694041, кл. 308-10,

I. Авторское свидетельство по заявке 1972.

//

72

CPui.J

V

IS

7

СРиг. 3