Патент ссср 201515
20I5I5
Союэ Советских
Социалистических
Республик
Кл. 21d- 1
21d>, 6/01
МПК H 02k
Н 021с
УДK 621.313.392.072.2 (088.8) Номитет по делан иэобретений и открытий при Совете сйинистров
СССР автор изобретения
Б. Н. Гомберг
Заявитель
БЕСКОНТАКТНАЯ СИНХРОННАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА
Изобретение относится к бесконтактным синхронным электрическим машинам с двумя магнитоизолкрованными пакетами на статоре, несущими общую якорную обмотку и двумя магнитосвязанными когтеобразными полюсными системами на роторе, одна из которых содержит кольцевой аксиально намагниченный постоянный магнит, а другая — неподвижную кольцевую электромагнитную обмотку, расположенную на дополнительном магнитопроводе.
Недостатками известных электромашин такого типа являются малая глубина регулирования и значительный вес машины ввиду большого сечения дополнительного магнитопровода.
С целью устранения указанных недостатков полюсные системы роторов взаимно сдвинуты на 180 эл. градусов,и их средние .полюсные шайбы отделены от вала немагнитной прокладкой, при этом полюсная шайба системы с постоянным магнитом, имеющая другую полярность, магнитно соединена с валом.
Для повышения полезной мощности машины полюсная система ротора с постоянным ,магнитом, содержащая магнитосвязанную с валом полюсную шайбу, выполнена из двух пакетов, для которых указанная шайба является общей.
На фиг. 1 схематически представлен продольный разрез предлагаемой электромашины; на фиг. 2 показаны полярность и относительное расположение когтеобразных высту5 .пов ротора; на фиг. 3 — схематический продольный разрез предлагаемой машины с двухпакетным ротором.
В конструктивном варианте машины, представленном на фиг. 1, ротор содержит кольцевой постоянный магнит 1, намагниченный в осевом направлении. К торцевым сторонам постоянного магнита 1 примыкают полюсные шайбы (наконечники) 2 и т, имеющие когтеобразные выступы в расточке статора 4. Полюсная шайба д и постоянный магнит 1 отделены от вала 5 немагнитной втулкой б, которая может быть получена, например, заливкой выточки вала 5 алюминием или другим Heмагнитным материалом. Полюсный наконечник (шайба) 2 плотно укреплен на валу 5 и магнитно связан с ним. Вал 5 должен быть выполнен обязательно из магнитомягкого материала.
Вал может быть выполнен как в виде ци2б линдра (фиг. 1), так и в виде магнитномягкой втулки. Но во всех случаях должны быть обеспечены хорошая магнитная связь полюсного наконечника 2 с валом 5 и магнитная изоляция от вала полюсного наконечника 3
30 и постоянного магнита 1. К полюсному нако201515 нечнику 8 крепится полюсная вторая система, состоящая из полюсной шайбы 7 и группы аксиально расположенных выступов 8, соединенной с ним при помощи немагнитного материала 9, например, приваренной немагнитной стали. Выступы полюсной шайбы 7, и выступы 8 имеют когтеобразную форму и входят друг в друга, а число их равно числу когтеобразных выступов полюсных шайб 2 и
8. Осевая длина и площадь, обращенная к статору, у этих выступов выбирается из конкретных требований по глубине регулирования потока возбуждения, но для большинства случаев они меньше соответствующих величин у выступов полюсных наконечников 2 и 8.
Толщина полюсной шайбы 7 и выступов 8, как пр авило, меньше толщины полюсных шайб 2 и 3.
Аксиально расположенные выступы 8 заканчиваются кольцевой частью, между которой и валом 5 расположена обойма 10 с электромагнитной обмоткой 11. Обойма выполняется из немагнитомягкого материала и о-.делена от выступов 8 и вала 5 концентричными воздушными зазорами, составляя магнитную цепь. Зазоры выбираются минимальными и определяются скоростью вращения ротора, жесткостью конструкции ротора и уровнем технологии изготовителя.
Статор 4 машины выполняется из двух частей 12 и 13, набранных из листов электротехнической стали, и разделенных немагнитной прокладкой 14, расположенной против стыка полюсных шайб 8 и 7.
В статор закладывается единая якорная обмотка 15, которая выполняется также, как в обычных синхронных машинах.
Для снижения веса машины подшппниковые щиты (на фиг. не показаны) выполняются из легких немагнитных материалов, например, алюминиевых или магниевых сплавов.
На фиг. 2 показано, что полярность когтеобразных выступов полюсной шайбы 7 и группы выступов 8 противополо кна полярности когтеобразных выступов полюсных шайб 2 и
8, расположенных с ними на одной образующей ротора. При этом полюсная шайба 7 и группа выступов 8 сдвинуты относительно полюсной шайбы 8, и следовательно, всего пакета ротора на 180 электрических градусов.
Таким образом, в данной машине полюсная система постоянного магнита и полюсная магнитная система, образованная полюсной шайбой 7 и группой 8, образуют последовательное соединение.
Когда электромагнитная обмотка 11 возбуждается постоянным током и постоянный магнит 1 намагничен, в машине возникают:
Ԅ— полезный магнитный поток, создаваемый постоянным магнитом 1;
Ф„р — магнитный поток рассеяния постоянного магнита 1;
Ф,„— полезный магнитный поток, создаваемый электромагнитной обмоткой
11.
60 б5
Полярность тока в электромагнитной обмотке ((выбирается такой, чтобы магнитные потоки Ф„„ и Ф,„ совпадали по направлению в части 13 статора и были встречно направлены в части 12 статора Ф„ и Ф,р.
Таким образом, в предлагаемой электрической машине в отличие от известных электрических машин, в дополнительный магнитопровод, параллельный постоянному магниту, входит также часть 12 статора. При этом часть потока постоянного магнита вводится в часть
12 статора таким образом, что создает в обмотке 15 э. д. с. противоположной полярности по отношению к э. д. с,, наводимой магнитным потоком Ф„.
Таким образом, при отсутствии магнитного потока Ф„(т. е. при обесточенной электромагнитной обмотке 11) регулирующий магнитный поток возбуждения машины будет равен разности магнитных потоков Ф„„и Ф„р. 1ем больше проводимость дополнительного магнитопровода, составленного полюсным наконечником 7, частью 12 статора, группой выступов 8, обоймой 10 и валом 5, теы меньше разность Ф„,— Ф„р, тем меньше минимальное значение потока возбуждения, тем больше глубина регулирования.
При возбуждении электромагнитной обмотки 11 появляется магнитный поток Ф,„, который уменьшает магнитный поток Ф„р, и увеличивает магнитный поток Ф„,. Благодаря этому результирующий поток возбуждения резко увеличивается, управление им при помощи электромагнитной обмотки 11 оказывается весьма эффективным.
Глубина регулирования потока возбуждения предлагаемой электрической машины может быть получена практически любая.
Электромагнитная обмотка 11 может возбуждаться как от внешнего (постороннего) электроисточника постоянного тока, так и от собственной обмотки 15 статора через выпрямитель. В этом последнем случае самовозбуждение машины всегда обеспечено благодаря наличию постоянного магнита.
При необходимости повышения полезной мощности и затрудненных условиях самовозбуждения может быть использован двухпакетный варна т предлагаемой электромашины (фиг. 3). B этой машине на роторе имеется два кольцевых постоянных магнита 1 и (б, намагниченных в осевом направлении и обращенных одноименными полюсами друг к другу, образуя тем самым параллельное соединение. Полюсная шайба 2 в этой машине имеет ббльшее сечение, чем в машине, показанной на фиг. 1, и снабжена когтеобразными выступами в стороны обоих постоянных магнитов. Она плотно укреплена на валу 5 и имеет с ним хорошую магнитную связь. Полюсный наконечник 17 наоборот магнитно изолирован от вала путем, например, заливки выточки 18 вала немагнитпым материалом. При этом выточку 18 целесообразно делать по возможности глубокой для сниже201515 ния рассеяния магнита 16 на вал 5 (уменьшение магнитного потока Ф„р). На фиг. 3 показаны основные магнитные потоки, возникающие в машине при возбужденной электромагнитной обмотке 11 и намагниченных постоянных магнитах 1 и 16. Кроме магнитных потоков, показанных для машины (фиг. 1), возникнут:
Р
Ф„„— полезный магнитный поток, создаваемый постоянным магнитом 16, и Ф
МР поток рассеяния постоянного магнита 1б на вал.
Благодаря параллельному включению пакетов с постоянными магнитами 1 и 16 магнитные потоки Ф„ „и Ф„ „в части 13 статора
4 совпадают по направлению. В результате минимальное значение потока возбуждения при Ф,„=О) увеличивается и условия возбуждения облегчаются.
Следовательно в предлагаемой машине минимальное значение потока возбуждения может быть получено весьма близким к нулю.
В режиме «смешанного возбуждения» результирующий поток в дополнительном магнитопроводе Ф,„— Ф„р ) О и, следовательно, в части 12 статора он совпадает по направле.нию с магнитным потоком в части 13 статора. Тем самым повышается максимальное значение результирующего потока .возбуждения, и электромощность машины и глубина регулирования потока возбуждения. Поскольку магнитный поток через дополнительный магнптопровод в большинстве практических
Фмп случаев не превышает, то сечение дополнительного магнитопровода может быть небольшим.
Предмет изобретения
1. Бесконтактная синхронная электрическая
10 машина с двумя магнитоизолированными ,пакетами»а статоре, несущими общую якори ю обмотку, и двумя магнитносвязанными когтеобразными полюсными системами на валу ротора, одна из которых содержит кольце15 вой аксиально намагниченный постоянный магнит, а другая — неподвижную кольцевую обмотку, расположенную на дополнительном магнитопроводе, отличающаяся тем, что, с целью увеличения глубины регулирования и
20 снижения веса, указанные полюсные системы ротора взаимно сдвинуты на 180 электрических градусов, и их средние полюсные шайбы отделены о; вала немагнитной прокладкой, при этом полюсная шаиба системы с постоян25 ным магнитом, имеющая другую полярность„ магнитно соединена с валом.
2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью повышения полезной электрической мощности, полюсная система ротора с посто30 янным магнитом, содержащая, магнитно связанную с валом полюсную шайбу, выполнена из двух пакетов, для которых указанная шайба является общей.
201515
Составитель В. Ротайко
Редактор А. Морозова
Корректоры: Е. Ф. Полионова и Т. Д. Чунаева
Текред Т. П. Кур ил ко
Типография, пр. Сапунова, 2
Заказ 33о9 11 Тираж 535 Подписное
ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Москва, Центр, пр. Серова, д. 4
