Бесконтактная электрическая машина торцового типа

 

Изобретение относится к бесконтактным моментным электрическим машинам. Цель изобретения - увеличение удельного момента машины. В машину дополнительно введена вторая обмотка 3 возбуждения, выполненная в виде катушки, расположенной в П-образном кольцевом магнитопроводе 2, закрепленном между внешней стороной статора и внутренней стороной немагнитного корпуса 1, а диски ротора выполнены зубчатыми с чередующейся полярностью. Зубцы наружных кольцевых магнитопроводов левого и правого дисков имеют магнитную связь через торцовые зазоры с П-образным магнитопроводом 2 внешней обмотки 3 возбуждения и смещены между собой на половину расстояния между однополярными зубцами одного диска, а зубцы внутренних кольцевых магнитопроводов левого и правого дисков жестко соединены между собой через магнитомягкую втулку, причем зубцы наружного и внутреннего кольцевых магнитопроводов одного диска (левого и правого) имеют противоположную полярность, зубцы разных дисков (правого и левого) одной полярности находятся один против другого. Зубцы одной стороны диска ротора и одной полярности жестко соединены между собой за счет кольцевых магнитопроводов, зубцы внутренних кольцевых магнитопроводов левого и правого дисков жестко укреплены на валу 12 машины, зубцы, принадлежащие наружным и внутренним кольцевым магнитопроводам каждого диска, скреплены между собой механически через немагнитный обод 20, обеспечивающий жесткую механическую связь дисков ротора с валом 12 машины. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1539914

А1 (1) 5 Н 02 К 2g/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И 8ТНРЦТИЯЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) . 4393373)24-07 (22) 16. 03. 88 (46) 30.01.У0. Бюл. М 4 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электромашиностроения (72) В.С. Березин и P,К. Евсеев (. 3) 621. 313. 2 (088. 8) (56) Столов И.И. и др. Авиационные моментные двигатели. И.: Машиностроение, 1979, с. 62.

Иаластин И.М. Синхронные машины автономных источников питания. И,:

Энергия, 1980, с. 82, Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. М.: Высшая школа, 1985, с. 104. °

2 (54) bE0KDHTAKTHM 3)IEKTPNRENAR NAUiMHA ТОРЦОВОГО ТИПА (р7) Изобретение относится к бесконтактным моментным электрическим машинам. Цель изобретения — увеличение удельного момента машины. В машину дополнительно введена вторая обмотка

3 возбуждения, выполненная в виде катушки, расположенной в П-образном кольцевом магнитопроводе 2, закрепленном между внешней стороной статора и внутренней стороной немагнитного корпуса 1, а диски ротора выполнены зубчатыми с чередующейся полярностью.

Зубцы наружных кольцевых магнитопроводов левого и правого дисков имеют

1539914 магнитную связь через торцовые зазоры с П-образным магнитопроводом 2 внешней обмотки 3 возбуждения и смещены между собой на половину расстоя5 ния между однополярными зубцами одного диска, а зубцы внутренних кольцевых магнитопроводов левого и правого дисков жестко соединены между собой через магнитно-мягкую втулку, причем зубцы наружного и внутреннего кольцевых магнитопроводов одного диска (левого и правого) имеют противоположную полярность, зубцы разных дисков (правого и левого) одной полярности нахо- 15

Изобретение относится к электрома шиностроению, в частности к бесконтактным моментным электрическим машинам, широко используемым в электромеханических и автоматических систе25 мах управления.

Цель изобретения — увеличение удельного момента машины.

Па фиг. 1 представлена предлагаемая машина, продольны" ; на фиг. 2 - разрез А-A на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б-b на фиг. 1; на фиг, 4 — развертка магнитной системы машины с путями магнитного потока.

Предлагаемая машина содержит немагнитный корпус 1, магнитопровод 2 внеш-З5 ней обмотки возбуждения (П-образного вида), внешнюю обмотку 3 возбуждения (катушечного типа), обмотку 4 якоря (кольцевого типа), тороидальный магнитопровод Ц статора, немагнитный

4О обод 6 левого диска ротора, зубец 7 наружного кольцевого магнитопровода правого диска ротора, внутреннюю обмотку 8 возбуждения (катушечного типа), стопорное кольцо 9, подшипнико45 вый узел 10, шпонку 11, немагнитный вал 12, внутренний кольцевой магнитопровод 13 правого диска ротора, наружный кольцевой магнитопровод 14 правого диска ротора, правый подшипниковый 5G цит 15 (немагнитный), наружный кольцевой магнитопровод 16 левого диска ротора, зубец 17 внутреннего кольцевого магнитопровода левого диска ротора, внутренний кольцевой магнитопро- )5 вод 18 левого диска ротора, левый подшипниковый щит 19 (немагнитный), немагнитный обод 20 правого диска ротодятся один против другого. уоцы одной стороны диска ротора и одной полярности жестко соединены между собой за счет кольцевых магнитопроводов, зубцы внутренних кольцевых магнитопроводов левого и правого дисков жестко укреплены на валу 12 машины, зубцы, принадлежацие наружным и внутренним кольцевым магнитопроводам каждого диска, скреплены между собой механически через немагнитный обод 20, обеспечивающий жесткую механическую связь дисков ротора с валом 12 машины.

4 ил. ра, зубец 21 внутреннего кольцевого магнитопровода правого диска ротора, зубец 22 наружного кольцевого магнитопровода левого диска ротора.

На немагнитном валу 12 на шпонке

11 крепится левый диск ротора, который включает в себя немагнитный обод

2О, в котором неподвижно закреплены (эапрессованы) внутренний 18 и наружный 16 кольцевые магнитопроводы с зубцами 17 и 22 соответственно. Левый диск фиксируется на валу стопорным кольцом 9, Левый подшипниковый щит 19 устанавливается с подшипниковым узлом 10.

Статор состоит из тороидального магнитопровода и обмотки 4 якоря. На внутренней стороне собранного статора неподвижно закреплена (на клею) обмотка 8 возбуждения катушечного типа, а на внешней стороне статора укреплена обмотка 3 возбуждения с магнитопроводом 2 П-образного вида, который позволяет закрепить собранный статор с обмотками возбуждения в немагнитном корпусе 1.

Собранный статор с корпусом фиксируется за счет посадки на левом подшипниковом щите 19 и закрепляется на нем. Аналогично левому диску собирается правый диск, состоящий из немагнитного обода 6 с зафиксированными в нем внутренним 13 и наружным 14 маг" нитопроводами с зубцами 21 и 7 соответственно. Собранный правый диск надевается на вал до упора с левым диском и фиксируется стопорным кольцом 9.

Положение зубцов противоположных дисков определяется смещением шпоноч5 1539 ных канавок в правом и левом дисках на половину расстояния между зубцами одной полярности диска (фиг. 1 и 2).

При этом торцовые воздушные (раЬочие), 5 зазоры должны строго контроливаться,, а их симметрия и величина определяются допусками на осевые размеры дисков ротора и статора. После проверки прае вильности установки дисков ротора ot p носительно статора закрепляется на корпусе 1 правый подшипниковый щит 15 с подшипниковым узлом 10.

Предлагаемая машина работает следующим образом. 15

Обмотка 8 возбуждения (фиг. 1 — 4) создает аксиально направленный магнитный поток Ф, проходящий по внутренним кольцевым магнитопроводам левого

18 и.правого 13 дисков ротора и далее О входящий в зуЬцы 17 внутреннего кольцевого магнитопровода левого диска.

Проходя через обмотку 4 якоря, магнитный поток попадает в тороидальный магнитопровод $ статора, проходит 25 вдоль асти магнитопровода и через пространство, занятое другой стороной обмотки 4 якоря, попадает на зубцы 21 внутреннего кольцевого магнитопровода правого диска ротора, замыкаясь вок- ð руг внутренней обмотки 8 возбуждения через внутренний кольцевой магнитопровод 31 правого диска ротора.

ЗуЬцы 7 наружного кольцевого магнитопровода правого диска ротора воз- З буждаются через торцовый (немагнитный) зазор внешней обмотки 3 возбуждения через П-ооразный магнитопровод

2, причем полярность зубцов 17 внутреннего кольцевого магнитопровода ле- 40 вого диска совпадает с полярностью противоположных зубцов 7 наружного кольцевого магнитопровода правого диска, далее поток через наружный кольцевой магнитопровод 14 правого диска ротора попадает на зубцы 7 наружного кольцевого маг нитопровода этого диска и через торцовый воздушный зазор и пространство, занятое обмоткой 4 якоря входит В тороидальныи магнитопро вод 5 статора, проходит вдоль части магнитопровода g в том же направлении, что и магнитный поток от внутренней обмотки 8 возбуждения (потоки складываются). Далее поток через об отку 4 якоря и торцовый воздушный зазор попадает в зубец 22 противоположной полярности наружного кольцевого магнитопровода левого диска ротора

914 6 (фиг. 3 и 4) и затем через наружный кольцевой магнитопровод 16 левого диска ротора и торцовыи зазор попадает в

П-образный магнитопровод 2, где замыкается вокруг внешней обмотки 3 возбуждения.

Пути магнитного потока аналогичны для всех других пар зубцов внутрен го и наружного кольцевых магнитопр водов правого и левого рисков рото .l....

Описанные пути магнитных потоков nieAлагаемой машины схематично представлены на фиг. 4.

Очевидно, что под зубцами внутреннего и наружного магнитопроводов левого и правого дисков ротора (17 и 7, 21 и 22) магнитные потоки максимальны, а в зонах, где отсутствуют зубцы, потоки минимальны. Благодаря сдвигу эубцов внутреннего и наружного кольцевых магнитопроводов левого и правого дисков ротора поток имеет тангенциальную составляющую внутри тороидального магнитопровода статора, а катушки обмотки 4 якоря каждой секции машины находятся в зонах противоположно направленных потоков (например, сторона Ъ катушки якоря А и сторона а катушки якоря Х, фиг. 4), что при встечном включении, например, катушек А и Х приводит к созданию однонаправленного (удвоенного) электромагнитного момента, Аналогично пронизывается магнитным потоком другой обмотки возбуждения, например, сторона а катушки якоря А и сторона Ъ катушки якоря Х, что при встречном включении этих катушек также дает удвоенный электромагнитный момент.

Все это приводит к образованию электромагнитного момента в два раза большего, чем у известной машины.

Путь основного магнитного потока показан пунктиром на фиг. 1-4, на которых видно, что oge торцовые стороны одной и той же катушки обмотки 4 якоря (например, катушки А) находятся под одним и тем же полюсом (например, N), что приводит к образованию электромагнитного момента в обеих активных сторонах обмотки якоря (стороны, а, Ъ, фиг. 5), т.е. в данном случае эффективность электромеханического преобразования в два раза выше, поскольку в оЬразовании электромагнитного момента участвуют обе торцовые стороны катушки обмотки якоря, тогда

1539914 как в известной машине активной стороной является только та, которая находится напротив зубца ротора. При этом, несмотря на некоторое увеличе5 ние объема и веса станины (не более 1

15o) происходит значительное увелиение удельноro момента (не менее чем

1,5 раза), Применение предлагаемого техничес- 1ð

Кого решения позволяет, кроме,- того, повысить надежность машины за счет того, что ее работоспособность сохраняется даже при неисправности (обрыве витков) в одной из обмоток возбуждения,,- при этом происходит только уменьшение основного потока и снижение полезного момента в 2 раза, т.е. жесткость механической характеристики машины уменьшается в два раза.

Сравнительная простота сборки машины обеспечивается за счет независимой сборки трех основных больших узлов.: двух дисков ротора с подшипниковыми щитами и статора, связанных 25 между собой через корпус и вал.

Обмотки возбуждения выполнены в виде катушек, что обеспечивает технологическую простоту их выполнения и сборки с другими элементами конструк- gg ции (статором и корпусом).

Кроме указанных преимуществ, предлагаемая конструктивная схема позво. ляет выполнять многомодульные вариан-. ты машин (когда число статоров больuie одного) при малом числе однотипных деталей. На.пичие большого обмоточного пространства, занимаемого обмот- кой возбуждения, позволяет секционировать ее (например, на три катушки щ с каждой стороны), что расширяет возможности использования машин (позволяет применять их в режимах вентильных двигателей с питанием от трехфазной сети сети через циклоконвертор при последовательно включенных обмотках возбуждения и статора без дополнительных катушек индуктивности) .

Если к внешней и внутренней обмоткам 5 и 8 возбуждения подвести постоянный ток такой полярности, которая обеспечивает создание магнитных потоков, изображенных на фиг. 4, а к обмотке 4 якоря подвести переменный ток через полупроводниковый коммутатор (преобразователь частоты непосредственный или со звеном постоянного тока), то создается вращающееся магнитное поле, взаимодействующее с полем зубцов внутреннего и наружного кольцевых магнитопроводов обоих дисков ротора (17, 21 и 7, 22), что, в свою очередь, приводит к возникновению вращающегося электромагнитного момента, воздействующего на вал машины.

Формула изобретения

Бесконтактная электрическая машина торцового типа, содержащая статор с тороидальным магнитопроводом и кольцевой якорной обмоткой, зубчатый ротор дискового типа с кольцевыми магнитопроводами дисков, размещенных с двух сторон якоря, внутреннюю не1подвижную первую обмотку возбуждения, немагнитные вал и корпус, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью увеличения удельного момента машины, дополнительно введены наружный кольцевой магнитопровод дисков ротора, магнитно-мягкая втулка, немагнитный обод, П-образный кольцевой магнитопровод, внешняя вторая обмотка возбуждения, выполненная в виде катушки, расположенной в П-образном кольцевом магнитопроводе, закрепленном между внешней стороной статора и внутренней сторонбй немагнитного корпуса, причем зубцы наружных кольцевых магнитопроводов левого и правого дисков магнитно связаны через торцовые зазоры с П-образным магнитопроводом внешней обмотки возбуждения, эти зубцы наружных магнитопроводов смещены между собой на половину расстояния между однополярными зубцами одного диска, а зубцы внутренних кольцевых магнитопроводов левого и правого дисков жестко соединены между собой через магнитномягкую втулку, причем зубцы наружного и внутреннего кольцевых магнитопроводов одного диска, левого и правого, имеют противоположную полярность при противоположном направлении осевых потоков внутреннего и внешнего магнитопроводов, зубцы разных дисков, правого и левого, одной полярности находятся один против другого, при этом зубцы одной полярности, лежащие со стороны диска ротора, жестко соединены между собой и с кольцевыми магнитопроводами, зубцы внутренних кольцевых магнитопроводов левого и правого дисков жеско укреплены на валу машины, зубцы, принадлежащие наружным и внут1539914

10 ренним кольцевым магнитопроводам каждого диска, скреплены между собой механически с помоц ью немагнитного обоI

Л-л б— да для обеспечения жесткой механичес= кой связи дисков ротора с валом машины.

1539914

Составитель А, Санталов

Техред А.Кравчук Корректор О. Ципле

Редактор A. Огар

Тираж 434

Заказ 226

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина,101