Двухпакетная индукторная машина

 

Использование: в электрических машинах, преимущественно генераторах повышенной частоты. Сущность изобретения: двухпакетная индукторная машина содержит статор, состоящий из двух пакетов 10, 11 с зубцами на наружной поверхности, массивных сердечника 7 и дисков 8, 9. Статор размещен внутри ротора 2. Кольцевая обмотка 7 возбуждения находится под обмоткой 16 якоря и частично размещена в кольцевых расточках массивных дисков. Расстояние между пакетами выбрано из условия минимума массы обмоток равным 0,15 - 0,9 длины витка якоря, умноженной на отношение потока рассеяния пакетов к потоку сердечника и на отношение масс обмоток возбуждения и якоря. Листы обоих пакетов сжаты через установленную между ними немагнитную проставку 13. Электромеханическое преобразование происходит благодаря пульсации магнитного потока в обмотанных зубцах пакетов. Машина вентилируется за счет торможения потока воздуха в диффузорных участках воздухозаборников, закрепленных на роторе. Джоулево тепло обмотки возбуждения отводится в железо магнитопровода. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано в генераторах повышенной частоты или в вентильных генераторах постоянного тока. Наиболее эффективно использование изобретения в маховичных генераторах.

Известны двухпакетные индукторные машины униполярного типа с общей якорной обмоткой на два пакета и неподвижной кольцевой обмоткой возбуждения, размещенной под якорной обмоткой, содержащие зубчатый ротор и статор с двумя набранными из электротехнической стали пакетами.

Этим машинам присущ ряд недостатков, вызывающих увеличенное содержание меди в обмотках по сравнению с машинами других типов. Пассивная часть витка обмотки якоря кроме длины лобовых соединений в двухпакетных машинах включает длину проводников между пакетами, которая обычно равна длине активных проводников в пазах. Обмотка возбуждения в известных машинах размещается с гарантийными зазорами относительно вращающегося магнитопровода, что не позволяет уменьшить диаметр этой обмотки и расстояние между пакетами. Отсутствие теплового контакта обмотки возбуждения с железом магнитопровода ограничивает интенсивность ее охлаждения, так что допустимые значение плотности тока составляют 3 А/мм² при классе нагревостойкости В и 4 А/мм² при классе нагревостойкости F.

Целью изобретения является устранение перечисленных недостатков двухпакетной индукторной машины, вызывающих увеличенное содержание меди в обмотках и(или) соответствующее ухудшение технических характеристик.

Цель достигается тем, что пакеты статора расположены внутри ротора на массивных дисках, выполнены с пазами на наружной поверхности, в которых размещена якорная обмотка, а кольцевая обмотка возбуждения расположена непосредственно на сердечнике магнитопровода статора.

Дополнительная экономия меди достигается путем выполнения в массивных дисках кольцевых расточек, в которых установлен сердечник с обмоткой возбуждения, и установкой между массивными дисками с зазором, меньшим толщины листа пакета статора, немагнитной проставки, к которой прижаты листы обоих пакетов.

В случае машины, охлаждаемой продувкой, сокращение габаритов достигается путем установки на зубцах ротора со стороны входа охлаждающего воздуха воздухозаборников коробчатого сечения, содержащих между зубцами диффузорные участки.

Расположение пакетов статора внутри ротора и выполнение их с пазами на наружной поверхности, в которых размещена якорная обмотка, приводят к такой компоновке машины, при которой элементы магнитопровода, примыкающие к обмотке возбуждения, а именно сердечник магнитопровода статора и массивные диски, неподвижны. При этом отпадает надобность в гарантийных зазорах между обмоткой возбуждения и элементами магнитопровода, что позволяет уменьшить расстояние между пакетами и длину витка якорной обмотки. Расположение кольцевой обмотки возбуждения непосредственно на сердечнике магнитопровода статора обеспечивает тепловой контакт обмотки с массивным магнитопроводом, что улучшает условия охлаждения, позволяет увеличить плотность тока и уменьшить сечение проводника этой обмотки. Все вместе взятое обеспечивает снижение расхода меди и повышение характеристик машины.

Выполнение в массивных дисках кольцевых расточек, в которых установлен сердечник с обмоткой возбуждения, позволяет сблизить пакеты статора при заданном объеме кольцевой обмотки возбуждения. Установка между массивными дисками с зазором, меньшим толщины листа пакета статора, немагнитной проставки, к которой прижаты листы обоих пакетов, позволяет исключить выступание массивных дисков в межпакетное пространство и устранить ферромагнитные крепежные детали, благодаря чему уменьшается расстояние между пакетами при заданном магнитном потоке рассеяния. Сближение пакетов приводит к дополнительному укорочению витка и снижению массы меди якорной обмотки.

Установка на зубцах ротора со стороны входа охлаждающего воздуха воздухозаборников коробчатого сечения, содержащих между зубцами ротора диффузионные участки, позволяет уменьшить габариты и существенно упростить конструкцию продуваемой машины за счет исключения специального вентилятора.

В случае применения двухпакетной индукторной машины в качестве генератора, приводимого от двигателя внутреннего сгорания, возможно конструктивное совмещение ротора электрической машины с маховиком двигателя, что позволяет уменьшить массу двигателя генератора по сравнению с массой известных агрегатов на сумму масс маховика, соединительных муфт, вала, подшипникового щита и части подмоторной рамы.

На фиг. 1 изображен двухпакетный индукторный генератор, ротор которого конструктивно совмещен с маховиком двигателя внутреннего сгорания, продольный разрез; на фиг.2 тот же генератор, поперечный разрез; на фиг.3 показано сечение А-А на фиг.2; на фиг.4 сечение Б-Б на фиг.3.

Электрическая машина смонтирована на блоке цилиндров 1 двигателя. Ротор 2 стальной, конструктивно совмещен с маховиком и закреплен на коленчатом валу 3. На внутренней поверхности ротора выполнены зубцы 4. Статор прикреплен к блоку цилиндров с помощью кожуха маховика 5 и фланца 6, выполненных литыми из алюминиевого сплава. Магнитопровод статора состоит из сердечника 7, массивных дисков 8 и 9, а также шихтованных пакетов 10 и 11 с наружными зубцами 12. Между пакетами размещена проставка 13 из неферромагнитного материала, имеющая ребра 14 по количеству зубцов листа. Суммарный зазор между проставкой и дисками 8,9 меньше толщины листа пакета, что предотвращает провал крайних листов. Пакеты листов статора обжаты через проставку 13 и зафиксированы кольцами 15. В пазах уложена обмотка 16 якоря, общая для обоих пакетов. В массивных дисках 8, 9 выполнены кольцевые расточки, в которых установлен сердечник 7 с обмоткой 17 возбуждения. Последняя намотана непосредственно на сердечник 7, изолированный лакотканью 18.

Генератор охлаждается продувкой, для чего во фланце 6 выполнены входные, а в роторе 2 и кожухе маховика 5 выходные вентиляционные окна. На торцовых поверхностях зубцов 4 ротора закреплены воздухозаборники 19, имеющие коробчатое сечение (фиг.4), и диффузорные участки между зубцами ротора (фиг.3).

Как показывают расчеты, в предлагаемой машине достигается уменьшение расстояния между пакетами в 3-4 раза, виток обмотки якоря укорачивается в 1,5-2 раза, средний диаметр обмотки возбуждения уменьшается на 10-20% а допустимая плотность тока в ней увеличивается на 50-70% Суммарно достигается экономия меди приблизительно в 2,5 раза.

При подключении обмотки 17 к источнику постоянного напряжения по ней протекает ток возбуждения, который создает магнитодвижущую силу в магнитопроводе, включающем сердечник 7, диск 8, пакет 10, ротор 2, пакет 11, диск 9. Замыкание магнитного потока происходит через рабочие зазоры между зубцами 4 ротора и примыкающими к ним в данный момент зубцами 12 пакетов. При вращении ротора магнитный поток в зубцах пакетов пульсирует, вследствие чего в витках обмотки якоря, охватывающих эти зубцы, генерируется переменная электродвижущая сила.

Наружный воздух через окна во фланце 6 попадает в воздухозаборник 19 с относительной скоростью, близкой к окружной скорости ротора. В диффузорных участках воздухозаборников происходит торможение и частичное восстановление давления, благодаря чему создается полезный напор и осуществляется вентиляция машины. Воздух охлаждает поверхности ротора 2, пакетов 10 и 11, проставки 13, обмотки 16. Отвод джоулева тепла обмотки 17 осуществляется теплопроводностью через сердечник 7 и диски 8, 9.

Формула изобретения

1. ДВУХПАКЕТНАЯ ИНДУКТОРНАЯ МАШИНА, содержащая зубчатый ротор, статор с двумя набранными из электротехнической стали пакетами, общей якорной обмоткой на два пакета и неподвижной кольцевой обмоткой возбуждения, размещенной под якорной обмоткой, отличающаяся тем, что пакеты статора расположены внутри ротора на массивных дисках, выполнены с пазами на наружной поверхности, в которых размещена якорная обмотка, а кольцевая обмотка возбуждения расположена непосредственно на сердечнике магнитопровода статора.

2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что в массивных дисках выполнены кольцевые расточки, в которых установлен сердечник с обмоткой возбуждения, между массивными дисками с зазором, меньшим толщины листа пакета статора, установлена немагнитная проставка, к которой прижаты листы обоих пакетов статора.

3. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что на зубцах ротора со стороны входа охлаждающего воздуха установлены воздухозаборники коробчатого сечения, содержащего между зубцами диффузорные участки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4