Торцевой генератор Советский патент 1982 года по МПК H02K1/06 

(5) ТОРЦЕВОЙ ГЕНЕРАТОР

. Изобретение относится к электро машинным накопителям-источникам энергии и может быть использовано в электрофизических установках различного назначения для создания сильных импульсных магнитных полей, в установках, использующих электрогидравлический эффект, а устройствах магнитной штамповки, для зарядки индуктивных накопителей или для питания потребителей, требующих периодических импульсов тока с большой амплитудой., . .

Известны ударные генераторы,выполненные по обычной конструктивной схеме, а именно: внешний шихтованный из электротехнической стали сердечник с якорной обмоткой, уложенной в его пазы внутренний цилиндрический ротор, как правило, с большими дополнительными маховыми массами на его валу.

Для получения больших значений импульсных токов при замыкании гене.ратора необходимо снижать величину сверхпереходного индуктивного сопротивления .

Однако данные ударные генераторы имеют все-таки значительное индуктивное сопротивление рассеяния якорной обмотки, так как она уло)кена в .пазы магнитопроводящего сердечника статора. Конструкции роторов ,

10 применяемые в известных ударных генераторах, из-за габаритных ограничений, а также магнитного насыщения не позволяют размещать на них большое количество меди обмотки

15 возбуждения для создания значительных индукций в области якорной обмотки при одновременных достаточных запасах механической прочности. Для увеличения запаса кинетической

20 энергии валы роторов ударных генераторов, как правилоJ снабжаются маховиками, что приводит к увеличению общей.массы установки. Известна также торцевая электрическая машина, имеющая якорь, который расположен между роторами двухстороннего индуктора торцевого типа. Магнитопровод сердечника якоря выполнен из отдельных, шихтованных из электротехнической стали, элементов клиновидной формы, закрепленных в двух кольц ах из немагнитного материала, располок енных коаксиально. Причем между этими элементами помеще ны проводники якорной обмотки 2. Однако известная конструкция торцевой электрической машины неприемлема для ударного генератора, так как наличие стальных клиновидных эле ментов магнитопровода между проводни ками обмотки якоря приводит к увели чению ее рассеяния в активной части. При внезапном коротком замыкании якорной обмотки в ударном генераторе на его статор действуют большие электродинамические усилия и по этому в механическом отношении он должен быть достаточно жестким, проч ным, чтобы противостоять этим усилиям. Сердечник статора, набранный из .отдельных клиновидных элементов, не обеспечит надлежащей прочности. , Кроме того, в известной торцевой электрической машине ярма роторов выполнены в виде тонких сплошных маг нитных дисков, ширина сечения которых в диаметральной плоскости вдоль одинакова. На периферии дис ков укреплены шихтованные полюса с катушками обмотки.возбуждения. Такая конструкция ротора не позволяет существенно увеличивать частоту вращения из-за значительных механических напряжений от центробежных сил и поэтому на дает в полной мере использовать возможности дискового ротора по увеличению плотности кинетической энергии. Цель изобретения- увеличение энер гии отдаваемой генератором нагрузке при работе в ударном режиме за счет уменьшения индуктивного сопроти вления рассеяния якорной обмотки, Поставленная цель достигается тем что 8 торцевом генераторе, содержа1цем якорь/ на сердечнике- которого размещены секции якорной обмотки, и д&уксторокиий индуктор с полюсами и обмотками, се0дечник якоря выполнен беспазовук, на противоположные торцы которого уложены активные стороны секций обмотки, а лобовые части расположены на наружной цилиндрической поверхности сердечника, причем противолежащие полюса индуктора имеют одинаковую полярность. С целью уменьшения .массогабаритных показателей за счет увеличения плотности кинетической энергии, индуктор выполнен с переменной шириной сечения, монотонно убывающей к периферииНа фиг. 1 изображен торцевой ударный генератрр; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - пример выполнения якорной обмотки; на фиг. - двухвиткрвая секция якооной обмоткиi; на фиг. 5 конструктивная схема-развертка торцевого ударного генератора. Генератор содержит два массивных торцевых ротора 1, ярма которых выполнены в форме дисковых маховиков равной прочности. В массиве ротора выполнены кольцевые и радиальные пазы, в которые уложены катушки 2 обмотки возбуждения, образующие явнополюсную индукторную систему. Катушки 2 обмотки возбуждения заливаются эпоксидным компаундом и удерживаются от осевых перемещений медными дисками 3, одновременно выполняющими роль демпферной обмотки. Медные диски 3 крепятся к массивным полюсам по всемя ротору с помощью стальных винтов i с-потайными головками. Выводы обмоток 2 возбуждения присоединяются к контактным кольцам 5, которые устанавливаются на специальных ступицах, выполненных на роторах 1. Для удобства посадки роторов 1 на вал б при монтаже машины посадочные отверстия в роторах выполнены коническими. Кроме того, при такой конструкции повышается жесткость вала 6. Сопряжение вал-ротор может выполняться шпоночным или шлицевым. От осевых перемещений на валу 6 роторы 1 зафиксированы кольцевыми шпонками 7 (или гайками) . Вал с роторами устанавливается на подшипниковых стояках 8, При сборке машины между роторами 1 устанавливается статор, который содержит беспазовый сердечник 9, плотно навитый из рулонной электротехнической стали и опрессованный по наружному диаметру бандажом 10, а по внутреннему бандажом 11. Бандажи 1 О и 11 выполнены из материала с хорошей электропроводностью, н.эпример меди или сплавов алюминия, так как они выполняют одновременно роль эк ранов, .демпфирующих потоки лобового рассеяния якорной обмотки. Из сердечника с бандажами - экранами уло жена якорная обмотка 12, залитая эпоксидным компаундом с кварцевым наполнителем с целью придания ей монолитности. Сердечник 9 с бандажами-экранами 10 и 11 и обмоткой 12 запрессовывается в корпус 13 с внутренними ребрами 1. Выводы 15 якорной обмотки 12 проходят через отверстия в корпусе 13 и привертыва ются к стержням проходных изоляторов 16, установленных на изоляционном плато 17, которое закреплено на вертикальных стенках опорной лапы 18 корпуса 13. В качестве примера выполнения як ных обмоток изображены схема (фиг. одной фазы восьмиполюсной обмотки якоря с одновитковыми секциями. Юбмотка представляет собой активные стороны, уложенные по радиусу одина ково в соответствии с полюсностью с обоих торцов сердечника и соедине ных короткими лобовыми перемычками. Такие обмотки могут выполняться мно гофазными с многовитковыми секциями.Например, на фиг. 4. показана двухвитковая секция якорной обмотки. Как видно из конструктивной схе мы (фиг. 5). явновыраженные полюсы обоих роторов расположены в осевом направлении строго напротив. При направлении тока i в обмотках 2 возбуждения (фиг. 5), создается поток Ф индуктора, замыкающийся по путям, указанным штриховыми линиями со стрелками. Противолежащие полюсы роторов 1 при этом имеют одинаковую полярность,При вращении роторов 1 в направлении стрелки п в акти ных сторонах якорной обмотки 12 наводятся ЭДС е, которые согласно схеме (фиг. 3) последовательно складыва ются. Работа предлагаемого ударного генератора на нагрузку по принципу не отличается от работы известных генераторов. Использование двухстороннего торцевого индуктора в виде двух массивных роторов, выполненных по форме дисков-маховиков равной прочности с обмотками возбуждения и ста тора с якорной обмоткой, расположенного между ними , выгодно отличает предлагаемый ударный генератор от известных. Известно, что момент инерции вращающегося тела пропорционален произведению его массы на квадрат радиуса вращения..Поэтому при выполнении ротора в виде равнопрочного диска-маховика имеется возможность повышения его эффективности за счет снижения массы и увеличения наружного ди аметра. Конструкция предла гаемого ротора позволяет разместить на нем значительное количество меди обмотки возбуждения без увеличения магнитного насыщения ярма и без снижения механической прочности. Кроме того, крепление обмотки возбуждения, и в частности ее лобовых частей, значительно упрощаетсяj не требуется бандажей, как это имеет место в роторах цилиндрической конструкции. Существенно упрощается конструкция демпферн ой обмотки ,на рото- с ре, качество ее действий повышается, так как в ней отсутствуют контактные соединения м пайки. о Применение беспазового сердечника с якорной обмоткой, расположенных между роторами двухстороннего индуктора j позвог1яет снизить рассеяние якорной обмотки в активной час1°и за счет отсутствия . пазов, а в лобовойза.счет существенного сокращения лобовых перемычек, из-за последовательного соединения противолежащих акт тивных частей двух торцевых якорных обмоток, образующих путем такого соединения общую обмотку. Такое сокращение лобовых перемычек возможно только в случаях, если противолежащие полюсы роторов имеют одинаковую полярность. Использование возможностей дисковых роторов равнопрочного сечения совместно с беспазовым статором повышает энергетические показатели ударных генераторов. Формула изобретения 1. Торцевой генератор, содержащий якорь, на сердечнике которого размещены секции якорной обмотки, и двухсторонний индуктор с полюсами и обмотками возбуждения, отличающийся тем, что, с целью увеличения полезной энергоотдачи при работе в ударном режиме за счет сниже79нип рассеяния якорной обмотки, сердечник якоря выполнен,беспазовым, на противоположные торцы которого уложены активные стороны секций обмотки, а лобовые части расположены на наружной цилиндрической поверхности сердечника, приием . противолежащие полюса индуктора имеют одинаковую полярнрсть. 2„ Генератор по п, 1, о т л и чающийся тем, что, с целью уменьшения массогабаритных показателей за счет увеличения плотности кинетической энергии, индуктор выполнен с переменной шириной сечения, монотонно убывающей к периферии. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Экспресс-информация, Электрические машины и аппараты,l 36, 1970, 2.Авторское свидетельство СССР № SBlSie, кл. Н 02 К 1 /16, 1976.

п

ю

1Z

/J

10