Бесконтактная элекрическая машина

 

ь (») 492020

О П И С- -А — Н И -Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 07.07.71 (21) 1675696 24-7 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.11.75. Бюллетень № 42

Дата опубликования описания 23.02.76 (51) Ч. Кл. Н 02k 19/06

Государственный комитет

Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий (53) УДК 621.313.333 (oss.s) (72) Автор изобретения

В. А. Новиков

Московский ордена Ленина энергетический институт (71) Заявитель (54) БЕСКОНТАКТНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА

Изобретение относится к бесконтактным электрическим машинам и может быть использовано как двигатель и генератор переменного тока. В зависимости от выполнения обмоток машина может работать как синхронная или как асинхронная. Известны бесконтактные электрические машины, например индукционные, со статором, состоящим из двух частей — якорной и индукторной с размещенными в них обмотками якоря и индуктора, установленных с зазором друг относительно друга и ротора, и безобмоточным зубчатым ротором с двумя активными поверхностями.

Цель изобретения — снижение расхода активных материалов, улучшение эксплуатационных показателей.

Указанная цель достигается тем, что магнитопровод статора выполнен состоящим нз двух частей — якорной и индукторной, установленных с зазором относительно друг друга и ротора, одна из которых обращена к части ротора, имеющей меньшее расстояние ме кду зубцами (меньшую зубчатость), и в ней расположена одна из статорных обмоток, преимущественно якорная, а другая обращена к части ротора с большей зубчатостью, и в ней расположена вторая статорная оомотка, причем воздушный зазор между статором и ротором в области меньшей зубчатости превышает зазор между статором и ротором в области большей зу.бчатости.

Целесообразны следующие варианты выполнения предлагаемой бесконтактной маши5 ны: а) ротор выполнен в виде двух идентичных комплексов зубцов, смещенных на половину зубцового деления и расположенных симметрично относительно поперечной осп машины

10 с перекрытием в средней части, в результате чего образуется область с меньшей зубчатостью в зазоре между ротором II одной пз частей магнитопровода статора, преимущественно якорной, а другая часть магнитопровода

15 статора состоит из двух пакетов, расположенных по продольной оси машины по обе стороны от первой, с размещенными в них двумя идентичными обмотками, взаимно сдвинуты.;IIt па 180 эл. град.;

20 б) одна из частей статора, преимущественно индукторная, состоит из трех пакетов, симметрично расположенных относительно поперечной осп, с обмотками, сдвинутыми H;l

120 эл. град., а ротор выполнен в виде трех

25 комплектов зубцов, сдвинутых на 1/3 зубцового деления, из которых два рядом расположенных комплекта установлены симметрично относительно поперечной ос» с перекрытием на величину якорной части статора, а третий

492020 комплект установлен в зоне перекрытия, и высота его зубцов превышает высоту зоны перекрытия двух первых комплектов; в) индукторная и якорная части мап1итопровода статора установлены коаксиально по обе стороны от ротора, в результате чего ротор своей внешней поверхностью обращен в одной части магнитопровода статора преимущественно к якорной, а внутренней — к индукторной поверхности.

На фиг. 1 схематично изображена бесконтактная электрическая машина при наличии одного комплекта зубцов ротора и коаксиальном расположении индукторной и якорной части магнитопровода, продольный разрез; на фиг. 2 — то же, разрез по Л вЂ” Л на фиг. 1; на фиг. 3 — бесконтактная электрическая машина при разделении одного из магнптопроводов статора на два пакета и наличии двух комплектов зубцов ротора; на фиг. 4 — схема крепления зубцов ротора в варианте выполнения машины, представленном на фиг, 3, В неподвижном корпусе 1 машш1ы (см. фиг. 1) расположен пакет магнитопровода 2 индуктора, в пазах которого уложена обмотка 3 пндуктора.

На внутреннем статоре 4 размещен магннтопровод 5 якоря, в пазах которого расположена обмотка б якоря. Магнитная связь магнитопроводов 2 и 5 индуктора и якоря соответственно осуществляется посредством набора распределенных по окружности зубцог, 7 ротора, магнитно изолированных друг от друга и укрепленных шпильками 8. Зубцы 7 механически связаны с фланцами 9 ротора, которые в части, примыкающей к пакетам ротора, выполнены из немагнитного материала.

Ротор, состоящий из зубцов 7, фланцев 9 и вала 10, может вращаться вокруг оси машины на подшипниках 11, размещенных в подшипниковых щитах 12. Большая зубчатость воздушного зазора между магнитопроводом 2 индуктора и ротором по отношению к зазору между ротором и магнитопроводов 5 якоря достигается за счет различия внешнего и внутреннего диаметров ротора при коаксиальном расположении магнитопроводов статора.

На фиг. 3 магнитопровод 2 индуктора разделен на два отдельных пакета 13 и 14 с обмотками 15 и 16, расположенных по обе стороны от магнитопровода 17 якоря с обмоткой 18. Магнитная связь между пакетами 13 и

14 статора осуществляется посредством двух комплектов зубцов 19 и 20 ротора, смещенных на половину зубцового деления и расположенных симметрично относительно поперечной оси машины с перекрытием в средней части ротора, обращенной к магнитопроводу якоря, в результате чего образуется область ротора с меньшей зубчатостью.

Каждый из пакетов 13 или 14 магнитно связан с одним комплектом зубцов 19 или 20, ввиду чего воздушный зазор у пакетов 13 и

14 нндуктора имеет ярко выраженную зубчатую структуру. Обмотки 15 и 16 индуктора

25 зо

За

65 выполнены идентично, но имеют пространственный или временной сдвиг на 180 эл. град.

Каждый пз двух пакетов 13 н 14, составляющих магннтопровод индуктора, жестко связан с подшипниковым щитом 12 и составляет с ним единый конструктивный узел.

Механически зубцы 19 и 20 ротора связаны с валом 21 с помощью детали крепления ротора 22. Более подробно крепление ротора 22 представлено на фиг. 4: оно выполнено в виде диска 23 с ребрами из немагнитного материала и зубцов 24.

Схема устройства бесконтактной электрической машины при разделении магнитопровода

2 индуктора на три отдельных пакета:, ожет быть представлена аналогично фиг. 3 с введением третьего пакета индуктора соосно с магпнтопроводом якоря по поперечной оси и третьего комплекта зубцов, связывающего этот магнитопровод с магнитопроводом якоря.

При этом обмотки индуктора выполняются с временным или пространственным сдвигом г 120 эл. град.

Рассмотрим работу бесконтактной электрической машины в режиме синхронного генератора. При питании обмотки 3 индуктора (см. фиг. 1) или 15 и 16 (см. фиг, 3) постоянным током в воздушном зазоре создается неподвижное поле с числом полюсов индуктора.

Если вращать ротор посторонним двигателем, это неподвижное поле начинает пульсировать с зубцовой частотой ввиду зубчатой структуры воздушного зазора, обращенного к магHHтопроводу 2 индуктора. Образующиеся пульсации можно представить в виде положения двух вращающихся зубцовых полей с числами полюсов 2 (— р) и 2 (— р), где г — число зубцов ротора, р — число пар полюсов индуктора. Потоки этих гармоник замыкаются по основному магнитног1у пути — магнитопровод

2 индуктора, воздушный зазор, зубцы 7 ротора, второй воздушный зазор, магнитопровод 5 якоря. Если обмотка б якоря выполнена на шсло полюсов, равное числу полюсов одной из зубцовых гармоник, в ней будет наводиться э. д. с. зубцовой частоты, которая создаст ток в нагрузке.

Индуктивность рассеяния обмотки 6 якоря

Нс будет велика потому, что эта обмотка создает ввиду отсутствия зубчатости поле, практически идентичное вызвавшему его зубцовому полю, а со вторым зубцовым полем не взаимодействует.

Использование активных материалов предлагаемой»машины повышается ввиду того, что с устранением или сведением к минимуму зубчатости ротора в расточке якоря увеличивается амплитуда индукции поля и снижается насыщение зубцового слоя ротора, что вызывает увеличение полезной мощности машины. Помимо этого, расход активных материалов может быть существенно уменьшен при выполнении выходной якорной обмотки малополюсной. В известных индукторных машинах такой вариант неэффективен ввиду возрастания ин492020 дуктивностей рассеяния до неприемлемых значений.

Если машина имеет два комплекта зубцов

19 и 20 ротора, сдвинутых на половину зубцового деления, и две обмотки пакетов ипдуктора, смещенные на 180 эл. град., зубцовые поля, создаваемые в зазоре якоря этими двумя обмотками, будут складываться ввиду того, что фазовый сдвиг зубцовой гармоники определяется суммарным или разностным электрическим сдвигом обмотки и зубцов, создающих эту гармонику. Оба этих фазовых сдвига для гармоник второго пакета индуктора при указанном выполнении зубцов и обмотки равны 180 эл. град. (сумма их 360, разность 0 ). В то же время при таком выполнении из магнитного поля исключается гармоника с числом пар полюсов индуктора, не являющаяся рабочей, так как два пакета 13 и 14 индуктора создают одинаковую амплитуду гармоники при сдвиге по фазе на 180 эл. град.

Таким же образом исключаются из поля индуктора гармоники зубцовых пульсаций, вызываемые четными гармониками магнитной проводимости ротора.

При наличии комплектов зубцов ротора, взаимно смещенных на треть зубцового деления, и трех обмоток индуктора, смещенных в пространстве на 120 эл. град., из магнитного поля исключается не только гармоника с числом пар полюсов индуктора, но и смежная зубцовая гармоника с числом полюсов

2(г+р) или 2(г — р) в зависимости от направления сдвига и остается только одно рабочее зубцовое поле индуктора, которое суммируется по всем трем магнитопроводам индуктора.

В этом случае параметры обмотки индуктора, как и обмотки якоря, могут приближаться к параметрам обмоток обычных машин.

Формула изобретения

1. Бесконтактная электрическая машина, содержащая магнитопровод статора с пазами, состоящий из двух частей — якорной и индукторной с размещенными в ННх обмотками якоря и индуктора, установленных с зазором друг относительно друга и ротора, и безобмоточ5 ный зубчатый ротор с двумя активными поверхностями, обращенными к соответствующим активным поверхностям двух частей статора, выполненный в виде набора магнитно изолированных зубцов, отличающаяся

10 тем, что, с целью снижения расхода активных материалов и улучшения характеристик, ротор выполнен с отношением расстояния между зубцами и зубцовому шагу в зоне его активной поверхности, обращенной к индукторной части статора, ббльшпм отношения расстояния между зубцами к зубцовому шагу другой его активной поверхности, обращенной к якорной ".асти статора.

2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что ротор установлен с большим воздушным зазором к якорной части статора, чем к инд кторной.

3. Машина по п. 1, отл и ч а ющ а я ся тем, 25 что набор магнитно изолированных зубцов ротора выполнен из m идентичных комплек1 тов зубцов. смещенных на — -ю часть зубцоm вого деления ротора и расположенных симЗ0 метрпчно относительно поперечной оси машины с перекрытием в средней части машины по одной из активных поверхностей ротора, обращенной к якорной части статора, а другая активная поверхность ротора, образован35 ная поверхностямп комплектов зубцов, обрагцена к индукторной части статора, содержащей m аксиально смещенных пакетов, симметрично расположенных относительно поперечной оси машины и несущих индукторные

40 обмотки, взаимно смещенные по окружности 7на электрических градусов, где m — целое

m положительное число.

492020

Составитель В. Комаров

Техред Е, Митрофанова

Корректор 3. Тарасова

Редактор Н. Белявская

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 182/9 Изд. М 2034 Тираж 782 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 475