Бесконтактная электрическая машина

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к бесконтактным асинхронизированным машинам (машинам двойного питания). Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения асинхронизированного и асинхронного режимов работы. Бесконтактная электрическая машина состоит из статора 1, содержащего цилиндрический шихтованный пакет якоря 2 с гп-фазной якорной обмоткой 4, магнитопроводную втулку 5, кольцевую обмотку возбуждения 6, а также ротора 7, содержащего две магнитомягкие шайбы 8 с выступами-полюсами, смещенные друг относительно друга по азимуту на одно полюсное деление, и магнитомягкую соединительную втулку 11. Втулка 5 статора состоит из чередующихся шихтованных в продольно-радиальном направлении магнитомягких пакетов 12 и немагнитных электропроводных вставок 13. На том же валу установлено п-1 дополнительных роторов 14, полностью аналогичных первому, но смещенных относительно него по азимуту на 1/п полюсного деления, а на статоре - п-1 дополнительных кольцевых обмоток возбуждения 15. Все п роторов выполнены щихтованными в виде катушек из ленты с шихтованными цилиндрическими пакетами по торцам. 1 3. п. ф-лы, 4 ил. i (Л л со со О5 О5 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 Н 02 19 24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1б

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3982971/24-07 (22) 02.12.85 (46) 07.09.87. Бюл. № 33 (71) Московский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) В. В. Бочаров, С. Б. Резников и С. В. Смирнов (53) 621.313.323 (088.8) (56) Шакарян Ю. Г. Асинхронизированные синхронные машины. М.: Энергоатомиздат, 1984, с. 156.

Балагуров В. А. и др. Электроснабжение летательных аппаратов. Машиностроение, 1975, с. 147. (54) БЕСКОНТАКТНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА (57) Изобретение относится к области электротехники, а именно к бесконтактным асинхронизированным машинам (машинам двойного питания). Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения асинхронизированного и асинхронного режимов работы. Бесz. SU 1336168 А1 контактная электрическая машина состоит из статора 1, содержащего цилиндрический шихтованный пакет якоря 2 с m-фазной якорной обмоткой 4, магнитопроводную втулку 5, кольцевую обмотку возбуждения 6, а также ротора 7, содержащего две магнитомягкие шайбы 8 с выступами-полюсами, смещенные друг относительно друга по азимуту на одно полюсное деление, и магнитомягкую соединительную втулку 11.

Втулка 5 статора состоит из чередующихся шихтованных в продольно-радиальном направлении магнитомягких пакетов 12 и немагнитных электропроводных вставок 13, На том же валу установлено п — 1 дополнительных роторов 14, полностью аналогичных первому, но смещенных относительно него по азимуту на 1/и полюсного деления, а на статоре — и — 1 допол- ф/ нительных кольцевых обмоток возбуждения 15. Все и роторов выполнены шихтованными в виде катушек из ленты с шихтованными цилиндрическими пакетами по с торцам. 1 3. п. ф-лы, 4 ил.

1336168

30

1

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к бесконтактным асинхронизированным машинам (машинам двойного питания), и может быть использовано в качестве генератора переменного тока стабильной частоты при переменной частоте вращения, в качестве регулируемого двигателя переменного тока и в качестве компенсатора реактивной мощности в автономных системах электроснабжения, а также в электроприводах.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей машины, а именно обеспечение асинхронизированного режима работы в качестве машины двойного питания и в качестве асинхронной машины.

На фиг. 1 представлена бесконтактная электрическая машина, имеющая и-2 роторов, продольный разрез; на фиг. 2 сечение А — А на фиг. 1; на фиг. 3 конструктивное выполнение основных узлов машины; на фиг. 4 — развертка роторов машины и направления магнитных потоков.

Бесконтактная электрическая машина состоит из статора 1, содержащего цилиндрический магнитомягкий шихтованный в поперечном направлении пакет якоря 2 с уложенной в его пазах 3 m-фазной якорной обматкой 4, магнитопроводную втулку 5 и основную кольцевую обмотку 6 возбуждения, расположенную внутри пакета якоря 2 соосно с ним, а также основной ротор 7, содержащий две шихтованные магнитомягкие шайбы 8 с радиальными наружными выступами-полюсами 9, смещенные друг относительно друга по азимуту на одно полюсное деление и расположенные по торцам закрепленной на валу 10 магнитомягкой соединительной втулки 11. Втулка 5 статора 1 закреплена внутри пакета якоря 2 и состоит из чередующихся по азимуту электрически изолированных друг от друга и от пакета якоря 2 шихтованных в продольнорадиальном направлении магнитомягких пакетов 12, ширина которых не более зубцового деления якоря 2 и немагнитных электропроводных пластинчатых вставок 13, расположенных напротив пазов 3. На том же валу машины установлен дополнительный ротор 14, полностью аналогичный основному, но смещенный относительно него по азимуту на 1/п=0,5 (при п=2) полюсного деления. Дополнительная кольцевая обмотка 15 возбуждения аналогично основной закреплена на внутренней поверхности втулки 5 статора 1 между шайбами 8 соответствующего ротора 7, (14). Оба ротора 7 и 14 выполнены шихтованными, соединительная втулка 11 каждого из них может быть выполнена витой из магнитомягкой ленты и имеет чередующиеся торцовые выступы 16 и пазы 17, а шайбы 8 выполнены в виде шихтованных в поперечном направлении цилиндров пакетов, радиальные наружные выступы — полюса 9 которых расположены в соответствующих торцовых пазах 17 соединительных втулок 11, соприкасаясь с их торцовыми выступами 16 через диэлектрический слой. Для крепления элементов 8 и 11 на каждый из торцов роторов 7 и 14 надеты немагнитные стаканы 18.

Бесконтактная электрическая машина работает следующим образом.

При протекании тока по кольцевым обмоткам 6 и 15 возбуждения рабочий магнитный поток замыкается, как показано на фиг. 1 и 2, т. е. видимый путь потоков проходит по деталям правой половины каждого из роторов 7 и 14 продольного сечения конструкции, а невидимый — по деталям левой половины роторов 7 и 14. Это связано со взаимным сдвигом по азимуту правых и левых выступов — полюсов 9 каждого из роторов 7 и 14 и особенностью конструкции втулки 5 статора 1, которая проводит поток лишь в осевом и радиальном направлениях и не проводит в азимутальном (тангенциальном) направлении.

Таким образом, каждый из двух рабочих потоков дважды пересекает витки якорной обмотки 4, изменяя свое направление, а пути потока — ортогональные к плоскости этих витков, смещены по азимуту в соответствии со смещением выступов-полюсов ротора.

При питании обеих кольцевых обмоток

6 и 15 возбуждения постоянными токами и при вращении роторов 7 и 14 каждый из рабочих потоков будет знакопеременным во времени по отношению к плоскости каждого витка и соответственно будет вызывать знакопеременную ЭДС в m-фазной якорной обмотке 4. Результирующая ЭДС в каждой фазе якорной обмотки 4 будет иметь первую гармоническую составляющую, определяемую суммой двух магнитных потоков возбуждения, сдвинутых в пространстве, и частотой вращения роторов 7 и 14.

Немагнитные электропроводные пластинчатые вставки 8 и 13 служат в качестве экранов для снижения полей рассеяния потоков возбуждения и тока реакции якоря. Амплитуда ЭДС и рабочий угол машины в данном синхронном режиме определяются величинами и соотношением токов возбуждения.

Таким образом, регулирование рабочего угла машины повышает ее устойчивость в отношении колебаний и выхода из синхронизма в синхронном режиме при параллельной работе с сетью или в качестве синхронного компенсатора реактивной мощности.

При питании обеих кольцевых обмоток

6 и 15 возбуждения переменными токами, сдвинутыми на 90, ЭДС в каждой фа1336168 зе якорной обмотки будет иметь частоту, равную сумме (разности) частот возбуждения. Это значит, что при питании системы п кольцевых обмоток 6 и 15 возбуждения и-фазным переменным током возникает результирующее ма гнитное поле возбуждения, вращающееся с частотой этого тока относительно вращающегося ротора

7 (14), т. е. «докручивая» или «раскручивая» поле возбуждения до частоты поля обмотки якоря 2. Указанный режим носит в литературе название «асинхронизированного» режима, а сама машина, работающая в этом режиме, носит название асинхронизированной синхронной машины или машины двойного питания (со стороны обмотки якоря 2 и обмоток 6 и 15 возбуждения.

Если обмотку якоря предложенной машины подключить к m-фазной сети переменного тока, а обмотки возбуждения закоротить или замкнуть на сопротивление, то машина будет работать в асинхронном режиме подобно асинхронной машине с фазным ротором.

Предложенная бесконтактная электрическая машина, так же как и известная, не имеет щеточных узлов, не содержит дополнительных воздушных зазоров и может быть выполнена на высокие частоты вращения благодаря безобмоточной конструкции ротора, однако в предложенной машине рабочий поток пронизывает всю площадь плоскостей контуров якорной обмотки одновременно (а не поочередно частями, как в известной), что приводит к снижению массы пакета и обмотки якоря приблизительно вдвое, а также КПД якоря как непосредственно, так и косвенно за счет снижения индуктивного сопротивления рассеяния якорной обмотки. Этим частично или полностью компенсируется добавление массы машины за счет расщепленной конструкции ротора.

Предложенная электрическая машина по сравнению с известной имеет расширенные функциональные возможности, присущие двухкаскадной бесконтактной асинхронизированной машине, а именно асинхронизированный режим работы в качестве машины двойного питания и в качестве асинхронной машины, а также повышенную устойчивость в режиме компенсатора реактивной мощности и в режиме синхронной

45 машины (например, при napaëëå,ïüíoé работе с сетью) .

Формула изобретения

1. Бесконтактная, электрическая машина, содержащая статор, состоящий из цилиндрического магнитомягкого шихтованного в поперечном направлении пакета якоря с уложенной в его пазах m-фазной якорной обмоткой, магнитопроводной втулки и основной кольцевой обмотки возбуждения, расположенной внутри пакета якоря соосно с ним, а также основной ротор, состоящий из двух шихтованных магнитомягких шайб с радиальными наружными выступами-полюсами смещенных относительно друг друга по азимуту на одно полюсное деление и расположенных по торцам закрепленной на валу магнитомягкой соединительной втулки, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей машины путем обеспечения асинхронизированного и асинхронного режимов работы машины, она снабжена (и — I) дополнительными установленными на том же валу роторами, аналогичными основному, но смещенными относительно него по азимуту на 1/и полюсного деления, и (п — 1) дополнительными кольцевыми обмотками возбуждения, которые аналогично основной закреплены по внутренней поверхности втулки статора между шайбами соответствующего ротора, втулка статора закреплена внутри пакета якоря и выполнена из чередующихся по азимуту электрически изолированных друг от друга и от пакета якоря шихтованных в продольно радиальном направлении магнитомягких пакетов и немагнитных электропроводных пластинчатых вставок, ширина магнитомягких пакетов выполнена не более зубцового деления статора, а немагнитные вставки расположены напротив пазов пакета якоря.

2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что соединительная втулка каждого из роторов выполнена в виде катушки из магнитомягкой ленты и имеет чередующиеся торцовые выступы и пазы, а шайбы выполнены в виде шихтованных в поперечном направлении цилиндрических пакетов, радиальные наружные выступы-полюса которых расположены в соответствующих торцовых пазах соединительных втулок, соприкасаясь с их торцовыми выступами через диэлектрический слой.

1336168

7 о

1t

Фиг. 1

Л-А

1риг. Ф.

Составитель В. Трегубов

Редактор В. Данко Техред И. Верес Корректор Л Бескид

Заказ 3811 52 Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытнй

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4