Бесконтактный синхронный торцовой генератор Советский патент 1981 года по МПК H02K21/08 H02K19/36 

(54) БЕСКОНТАКТНЫЙ СИНХРОННЫЙ ТОРЦОВЫЙ ГЕНЕРАТОР

Изобретение относится к синхронным электрическим мгииинам, в частности к бесконтактным синхронным тор цовым генераторам комбинированного возбуждения. Известен бесконтактный синхронный генератор торцового типа с комбиниро ванным возбуждением, содержащий торцовый статор с двумя обмотками, неподвижную кольцевую обмотку возбужде ния с врашакхцимся безобмоточным магнитным коммутатором когтеобразного типа и вращающийся магиито-электрический индуктор 1. Недостатками такого генератора яв ляется сложная конструкция, особенно в сборке (статор и ротор являются взаимно неразборными), и большая осе вая длина. Кроме того, недостатком генератора является невозможность по лучения двух автономно регулируемлх напряжений, имеющих, в общем случае, разную частоту. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является бесконтактный торцовый регулируемый генератор с постоянными магнитами, содержащий два обмотанных торцовых . статора, установленных в неподвижных боковых магнитопроводах, две кольцевые катушки обмотки возбуждения и ротор, полюсная система которого состоит из брусков аксиально намагниченных в одном направлении постоянных магнитов и чередующихся с ними магнитомягких полюсов противоположной полярности 2. Недостатками такого генератора являются большая масса обмотки возбуждения и повышенная потребляемая мощность . Это обусловлено тем, что упомянутые катушки обмотки возбуждения ; охватывают торцовые статоры и поэтому имеют относительно большую длину витка. Цель изобретения - уменьшение массы обмотки возбуждения и потребляемой мощности. Поставленная цель достигается тем, что на валу генератора установлен дополнительный магнитопровод, на котором закреплен ротор, катушки возбуждения установлены на боковых маг- нитопроводах под торцовыми статорами а корпус генератора выполнен немагнитным. На фиг 1 изображен генератор, продольный разрез; на фиг. 2 - распределение магнитного потока воздупг ного зазора и характеристикахолостого хода; на фиг. 3 усовершенствованный генератор,.обеспечивающий- получение токов двух разных частот, продольный разрез; на фиг. 4 - усовершенствованный генератор, обеспечиваквдий раздельное регулирование напряжения каждого статора, продольный разрез.

Генератор имеет два торцовых статора 1 и 2, обмотки которых могут быть выполнены на разные напряжения и число фаз, и две кольцевые катушки 3 и 4 обмотки возбуждения, которые устанавливаются внутри статоров 1 и 2 на неподвижных боковых магнитопроводах 5 и 6, магнитно-разомкнутых по наружной поверхности генератора (корпус 7 немагнитный). Ротор 8 установлен на внутреннем осевом магнитопроводе 9, размещенном в свою очередь на валу 10 и состоит из чередующихся брусков магнитов 11 и магнитомягких полюсов 12. Крепление деталей ротора осуществляется немагнитной рубашкой 13 и бандажам 14. Магниты 11 намагничены аксиально в одном направлении, .и, если для статора 1 они являются

северными полюсами, то для статора| 2 - южными.

Когда катушки 3 и 4 обесточены, то потоки магнитов 11, проходя через свои рабочие воздушные зазоры и зубцы статоров 1 и 2, далее разветвляются по двум путям: по зубцам и полюсам 12 и по магнитопроводам 5, 9 и 6. Поскольку значительная часть потока магнитов 11 ответвляется в осевой магнитопровод 9, распределение индукции воздушного зазора В (фиг. 2) несимметрично (потоки магнитов 11 больше потоков полюсов 12), Величина начальной ЭДС е пропорциональна амплитуде Вр первой гармоники BQ . Когда включаются обмотки 3 и 4, их суммарная намагничивающая сила действует на параллельно включенные цепи магнитов 11 и полюсов 12. Вследствие значительно большей проводимости магнитомягких полюсов 12 их поток интенсивно увеличивается, а поток магнитов 11 остается практически неизменным. Например, при некоторой н.с. обмотки возбуждения f распределение индукции воздушного Зазора B примет вид, показанный на фиг.. 2 пунктиром. Увеличение первой гармоники B веде к соответствующему увеличению ЭДС ег чем и обеспечивается регулирование напряжения.

При некотором значении н.с. обмотки возбуждения ц потоки магнитов 11 и полюсов 12 становятся одинаковыми и ,в рабочем воздушном зазоре образуется распределение магнитного потока характерное для нормальных переменнополюсных машин и обеспечивающее оптимальное использование магнитного потока (при отсутствии постоянной составляющей). В этом режиме,очевидно, поток боковых 5, 6 и осевого 9 агнитопроводов равен нулю. Следовательно, по закону полного тока для контура abed падение н.с. происходит только на участке аЬс, куда входят ва рабочих воздушных зазора. Аналогичное распределение магнитного потока имеет место и в известном генераторе 2, однако там средняя длина витка обмотки возбуждения в 2-2,5 раза больше. Если сечения обмоток возбуждения принять одинаковыми, то в Пред,лагаемог1 генераторе масса катуек, обмотки возбуждения уменьшится в 2-2,5 раза и в такой же пропорции снизится потребляемая мощность.

Кроме того, для получения двух различных частот на роторе генератора (фиг. 3) по нейтральному сечению полюсной систе1 1Ы устанавливаются магнитомягкие кольца 15. При этом левая часть полюсной системы содержит Р магнитов 16 и столько же чередующихся с ними постоянных магнитов (на чертеже не показаны), а правая часть Р2. магнитомягких полюсов 17 и столько же чередующихся с ними постоянных магнитов (на чертеже не показаны). Все магниты намагничены аксиально в одном направлении, и, если на правой части полюсной системы все магниты северные, то на левой - южные. Соответственно обмотка левого статора выполнена 2р -полюсной, а правого - 2р2 -полюсной.

Поэтому при вращенииротора со скоростью п об/мин в обмотке левого статора наводится ЭДС с частотой

f - ±s

а в обмотке правого стато -f 60

2 1Гpa - ЭДС с частотой

Для обеспечения раздельного регулирования напряжения каждого статора (фиг. 4) полюсная система по нейтральному сечению разделена магнитомягким диском 18, установленным (или выполненным, как одна деталь) на осевом магнитопроводе 19. Левая часть полюсной системы содержит магниты 20 и чередукяциеся с ними магнитомягкие (на чертеже не показаны), а правая часть - магнитомягкие полюса 21. В номинальном режиме и при пропорциональных возмущениях(колебания частоты вращения изменения окружающей температуры и др.) потоки левой и правой частей полюсной системы практически одинаковы. В этом случае радиальный поток в диске 18 отсутствует. При . непропорциональных возмущениях для поддержания стабильных напряжений статоров потоки левой и правой частей полюсной системы должны быть различными. Соответственно различными будут потоки осевого магнитопррвода 19 с левой и правой сторон, а их разность будет замыкаться в радиальном направлении по диску 18. Одной из наиболее эффективных областей применения предлагаемого генератора являются источники питания с двумя выходными каналс1ми, отличаю- щимися в общем случае родом тока и характером нагрузки, величиной и формой напряжения, числом фаз и частотой гформула изобретения Бесконтактный синхронный торцовый генератор, содержащий корпус, два обмотанных торцовых статора, установленных в неподвижных боковых магнитопроводах, две кольцевые катушки оь мотки возбуждения и ротор на валу, полюсная система которого состоит из брусков аксиально намагниченных в одном направлении постоянных магнитов и чередуняцихся с нуми магнитомягких полюсов, отличающий с я тем, что, с целью уменьшения мас сы обмотки возбуждения и потребляемой мощности, на валу генератора установлен дополнительный ыагнитопровод, на котором закреплен ротор, ка-; тушки возбуждения установлены на боковых магнихопроводах прд торцовыми статорами, а корпус генератора выполнен немагнитным. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе ,1. Авторское свидетельство СССР 265250, кл. Н 02 К 21/08, 1962. .2, Паластин Л.М. Электрические машины автономных источников питаний. М., Энергия

20

(риг.З

1раг. 4