Безконтактна електрична синхронна машина з дисковим ротором

Безконтактна електрична синхронна машина з дисковим ротором, що містить корпус, статор з радіальними пазами для укладання обмотки якоря, тороїдальну обмотку збудження і нерухомий магнітопровід, яка відрізняється тим, що нерухомий магнітопровід виконано у вигляді зовнішньої і внутрішньої феромагнітних циліндричних труб з C2 1 3 77732 4 - статор з радіальними пазами для укладання феромагнітні полюси, виконаних у виді частини обмотки якоря; кругового кільця, закріплених на загальній не- дисковий ротор; магнітній підставі, причому всі диски ротора жор- тороїдальна обмотка збудження; стко з'єднані з валом, а корпус виконаний у виді - нерухомий магнітопровід. набору немагнітних стрижнів. Недоліки прототипу зв'язані з наявністю Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю радіально-осьового напрямку шляху замикання заявлених ознак і досягненням технічного резульосновного магнітного потоку, при якому основний тату можна пояснити наступним. переріз кожного з полюсних виступів внутрішньої У безконтактній синхронній машині з дисковим системи полюсів повинний забезпечити пропускну ротором, що заявляється, на відміну від прототиздатність при повороті магнітного потоку від пу, лінії основного магнітного потоку не є тризбірної сталевої втулки на роторі до радіальної вимірними, чим обумовлене різке зменшення почастини полюса. Ця особливість накладає обметоку розсіювання ланцюга порушення Фd. Так, ження на геометричні розміри активної зони маякщо в прототипі коефіцієнт розсіювання Кd³1,5, то шини, при недотриманні яких магнітна індукція запропонована конструктивна схема нерухомого сталі осьових ділянок неприпустимо зростає, магнітопровода обмотки збудження дозволяє сталь насичується, різко збільшуються потоки зменшити його величину до значення розсіювання і режим роботи машини стає неKd=1,1-1,15 (тут Kd=1+(Ф d/Ф d), Фd - основний раціональним. Крім того, недоліки торцевих машин магнітний потік машини). Попередній розрахунок зв'язані з можливим проявом незбалансованих електричної машини, що заявляється, потужністю осьових сил магнітного тяжіння і необхідністю заРн=200квт, числом полюсів 2Р=6 і величиною осстосування в багатьох випадках спеціальних новного магнітного потоку Фd=87×10-4 Вdо дає велирадіально-упорних підшипників. чину потоку розсіювання Фd=8,32×104 Вdо тобто В основу винаходу поставлена задача створикоефіцієнт розсіювання Кd=1,096, що сприяє ти безконтактну синхронну машину з дисковим зменшенню перетину ділянок магнітопроводів усьротором (БСМДР), у якій шляхом конструктивної ого магнітного ланцюга машини, зменшенню зміни нерухомого магнітопроводу обмотки збудрозмірів обмотки збудження, відповідно, ження забезпечити наявність тільки аксіального збільшенню питомих показників машини. Крім того, складового робочого магнітного потоку, за рахунок контур замикання основного магнітного потоку чого усуваються ділянки магнітного ланцюга матільки в одній площині наконечників забезпечує шини з неприпустимо високими значеннями вибір головних розмірів, використовуючи рекоменмагнітної індукції. Геометричні розміри активної дації з проектування звичайних електричних мачастини машини вибираються виходячи зі шин, зокрема, вибір основного відношення l=ld/tcр, співвідношень, що рекомендуються для звичайних де, ld - довжина активної частини осердя якоря конструкцій електричних машин. При цьому значно кільцевої форми, tпорівн=(p×Да.Ср)/2р - величина поліпшуються питомі показники БСМДР, спрополюсного розподілу якоря, що відповідає середщується технологія виготовлення, а конструктивна ньому діаметру осердя якоря кільцевий форми. схема машини забезпечує можливість модульного Так, якщо в прототипу ця величина жорстко обмепринципу її побудови, тобто послідовне чергуванжена значенням l=0,5-0,6, то в БСМДР, що заявня модуля якоря (зубцева зона і секції обмотки) і ляється, l=0,8-1,5, що підтверджено відповідними модуля дискового ротора (немагнітний диск із фепопередніми розрахунками. Порівняльний аналіз ромагнітними полюсами), що значно підвищує пиосновних показників звичайного двигуна томе значення потужності і моменту. постійного струму (ДПС) типу П-111: Рн=200квт; Поставлена задача вирішена в безконтактній п н=1500об/хв; Vн=220В і машини, що заявляється, електричній синхронній машині з дисковим ротояка являється базовою частиною безконтактного ром, що містить корпус, статор з радіальними падвигуна постійного струм у з аналогічними зами для укладання обмотки якоря, тороїдальну вихідними параметрами, дає наступні показники: обмотку збудження і нерухомий магнітопровід тим, маса БСМДР 513кг; питомий момент ДПС: що нерухомий магнітопровід виконано у виді Муд.=(Мн (н×м)/G (кг))=1,33н×м/кг; у БС МДР: зовнішньої і внутрішньої феромагнітних Муд.=2,5н×м/кг; момент інерції ДПС: J=5,75кг×м 2, у циліндричних труб з полюсними наконечниками, БСМДР: J=2,93кг×м 2; механічна постійна ДПС: закріплених на загальній феромагнітній підставі, Тм =0,764з; у БСМДР: Тм =0,37з; втрати енергії при між якими розташована тороїдальна обмотка пуску ДПС: Аmах=83000Дж; у БС МДР: збудження, якір виконаний у виді феромагнітних Аmах=38200Дж. магнітно не зв'язаних стрижнів-зубців, закріплених Приведені дані підтверджують перспективність у немагнітних дисках, нерухомих щодо вала, а БСМДР, що заявляється, тому що при простоті, і, дисковий ротор виконаний у виді основного дискавідповідно, меншої собівартості виготовлення, розподільника магнітного потоку і проміжних дисвикористання її у відповідних промислових мекових роторів, при цьому перші Р полюсів ханізмах дозволяє підвищити їх продуктивність, кігтьоподібного виду основного дисказменшити втрати енергії в перехідних режимах. розподільника магнітного потоку примикають до Як відомо, одним з недоліків електричних маполюсних наконечників зовнішньої феромагнітної шин з циліндричним ротором є неможливість розциліндричної труби, другі Р полюсів робки електричної машини великої потужності при кігтьоподібного виду - до полюсних наконечників відносно малій частоті обертання, що зв'язано зі внутрішньої феромагнітної циліндричної труби, а збільшенням довжини ротора при збільшенні покожний із проміжних дискових роторів містить 2Р 5 77732 6 тужності і, як наслідок, зниження його міцності. циліндричними трубами 19 і 20 розташована тоЗазначений недолік відсутній у запропонованої роїдальна обмотка збудження 3. БСМДР, в якій забезпечується більше відношення Нерухомий магнітопровід 2 жорстко діаметра дискового ротора до довжини машини. закріплений на торцевому щиті 14. До полюсних Крім того, у пропонованої БСМДР досить просто наконечників 21, 22 через додатковий повітряний реалізується модульний принцип побудови сучасзазор 5т примикають Р полюсів 24 кігтеподібного них спеціальних електричних машин, при якому в виду зовнішньої феромагнітної циліндричної труби аксіальному напрямку чергуються два конструк19 і Р полюсів 25 кігтеподібного виду внутрішньої тивних елементи - модуль якоря, виготовлений на феромагнітної циліндричної труби 20. Система, що підставі немагнітного диска з радіально розташоскладається з 2Р полюсів 24, 25 кігтеподібного ваними феромагнітними стрижнями, що формують виду, об'єднаних внутрішнім немагнітним диском зубцову зону, у пазах якої покладені секції обмотки 26, жорстко з'єднаним з валом 13 і зовнішнім неякоря і модуль дискового ротора, що складається магнітним диском 27, утворюють дискз немагнітного диска з феромагнітними полюсами розподільник магнітного потоку 10. Кожний із у вигляді частини кругового кільця. Це забезпечує проміжних дисків роторів 11, 12 складається з незначно кращі умови тепловідводу, тому що вентимагнітних дисків 28, 29, що несуть 2Р феролятори конструктивно з'єднані з дисковими ротомагнітних полюсів 30, 31, кожний з яких виконаний рами, а загальний литий корпус машини у виді частини кругового кільця. заміняється немагнітними стрижнями, що кріплять, Немагнітні диски 28, 29 жорстко з'єднані з вапроміжки між якими є одночасно вентиляційними лом 13, утворюючи таким чином разом з диском каналами радіальної системи вентиляції БСМДР. розподільником магнітного потоку 10 дисковий Дана обставина дозволяє збільшити значення ротор 9. електромагнітних навантажень електричної машиШлях замикання магнітного потоку Ф d умовно ни, тим самим підвищити питомі значення потужпоказаний на Фіг. 5 для відповідної пари полюсів ності і моменту пропонованої БСМДР, при значнодискового ротора 9. му зменшенні трудомісткості виготовлення. Модулі якоря 4, 5, 6, 7 конструктивно виконані Безконтактна електрична синхронна машина з однотипними і містять феромагнітні магнітно не дисковим ротором представлена на кресленнях, зв'язані стрижні-зубці 32, закріплені в немагнітних де: дисках 33, 34, нерухомих щодо вала 13, за допоФіг. 1 - конструктивна схема машини (помогою підшипників 35, 36. здовжній розріз); У проміжках між стрижнями-зубцями 32 (у паФіг. 2 - машина, переріз А-А; зах) кожного з модулів якоря 4, 5, 6, 7, 8 покладені Фіг. 3 - машина, переріз Б-Б; секції обмотки якоря 37, об'єднані відповідною Фіг. 4 - машина переріз В-В; схемою сполучення. Торцевий модуль якоря 8 Фіг. 5 - елементи дискового ротора (аксонозапресований у торцевий щит 15 аналогічно прометрія). тотипові і містить осердя якоря 38 для замикання Безконтактна електрична синхронна машина з магнітного потоку Ф d. дисковим ротором (БСМДР) містить статор 1, що Елементи дискового ротора 9 відділені від складається з нерухомого магнітопровода 2 з тоелементів модулів якоря 4, 5, 6, 7, 8 робочим зароїдальною обмоткою збудження 3, модулів якоря зором dо. 4, 5, 6, 7, 8 і дисковий ротор 9. Дисковий ротор 9 Пропонована БСМДР як і прототип, може правиконаний у вигляді основного дискацювати як генератор, наприклад, завдяки високій розподільника магнітного потоку 10 і проміжних надійності, у транспортних установках для елекдискових роторів 11, 12 жорстко з'єднаних з валом тропостачання залізничних вагонів. При роботі в 13. режимі синхронного двигуна немагнітні елементи Торцеві щити 14, 15 статора 1 являють собою дискового ротора 9 можуть бути використані як немагнітні диски, установлені нерухомо щодо вала пускова клітка для забезпечення асинхронного 13 за допомогою підшипників 16, 17. Торцеві щити пуску. 14, 15 з'єднані набором подовжніх стрижнів 18, що На базі заявленої БСМДР реалізуються безутворюють корпус машини (корпус окремою поконтактні машини постійного струму - генератори і зицією на кресленні не показаний). двигуни. У цьому випадку безконтактна електричНерухомий магнітопровід 2 БСМДР виконаний на синхронна машина з дисковим ротором забезу виді зовнішньої 19 і внутрішньої 20 феропечується додатково напівпровідниковим перетвомагнітних циліндричних труб (осердь) з полюсними рювачем, забезпечуючи роботу, як у режимі наконечниками 21, 22, об'єднаних загальною февентильного генератора так і в режимі вентильноромагнітною підставою у виді частини кругового го двигуна постійного струму. кільця 23 (ярма полюсів). У проміжку між зовнішніми і внутрішньої феромагнітними 7 Комп’ютерна в ерстка М. Клюкін 77732 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601