Ротор явнополюсної електричної машини

Изобретение относится к электрическим машинам переменного тока, в частности, к тяговым синхронным генераторам и агрегатам транспортных средств. Известно устройство [1], в котором катушки и полюса взаимозаменяемы. Такие устройства находят применение в тяговых и вспомогательных синхронных генераторах тепловозов, так как из-за ограничений по габариту и повышенных требований по надежности в таких машинах обычно не применяется перекрещивание катушек межкатушечными соединительными шинами. Недостатком такого устройства является то, что расположение выводов катушек на противоположных сторонах полюса ротора создает трудности в обслуживании контактов при эксплуатации, а при агрегатном исполнении двух машин на общем валу практически исключает возможность обслуживания этих контактов, расположенных между роторами. В основном, на электрических машинах транспортных средств для обеспечения требований по надежности и удобству в обслуживании применяются полюсные катушки двух видов: открытых, без перекрещивания при намотке, и перекрещенных, с перекрещиванием при намотке катушки. В частности, на тяговых синхронных генераторах эксплуатируются невзаимозаменяемые полюса с открытыми и перекрещенными катушками возбуждения, выводы которых соединены на изоляционных элементах с запрессованными в них контактами [2]. Это устройство рассматривается в качестве прототипа. В нем с торцевой стороны ротора установлены изоляционные элементы, выполненные в виде секторов с запрессованной токоведущей шиной и припаянными к ним деталями крепления, которые обеспечивают контакт между самой шиной и выводами катушки. Основной недостаток прототипа – невзаимо заменяемость полюсов, т.к. при последовательном расположении межкатушечных токоведущих шин, чередование полярности полюсов ротора достигается установкой через одну катушку с, открытой и перекрещенной намоткой витков и выполнением межкатушечных соединений со стороны контактных колец. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования ротора явнополюсной электрической машины путем ' взаимозаменяемости полюсных катушек и расположения выводов их с одной стороны ротора, чем обеспечивается простота конструкции и повышение технологичности при изготовлении и ремонте. ' Сущность изобретения заключается в том, что в роторе явнополюсной электрической машины, содержащем полюса с катушками возбуждения, размещенные на торцевой стороне магнитопровода ротора. изоляционные элементы, каждый из которых включает контакт с токоведущей шиной, соединенной с выводами катушки возбуждения, согласно изобретению, оба вывода катушки возбуждения расположены по оси полюса и сдвинуты относительно друг друга в аксиальном и радиальном направлениях, каждый из изоляционных элементов снабжен вторым контактом с токоведущей шиной и контакты изоляционного элемента также сдвинуты друг относительно друга в аксиальном и радиальном направлениях и расположены по оси полюса, при этом токоведущие шины выполнены двух видов, один из которых - для соединения внутренних выводов, а другой - для соединения наружных выводов катушек смежных полюсов. Таким образом, разнесение расположенных на оси катушки выводов друг относительно друга в аксиальном и радиальном направлениях предопределяет простоту конструкции и сборки с двумя видами межкатушечны х токоведущи х шин, поскольку катушки возбуждения и полюса в сборе становятся взаимозаменяемыми, одной конструкции, одного исполнения и межкатушечные соединения располагаются с одной стороны ротора без перекрашиваний, что повышает технологичность конструкции по сравнению с прототипом. При этом по сравнению с двусторонним расположением выводов снижаются материальные затраты за счет того, что уменьшается в два раза количество изоляционных элементов с контактами, а по сравнению с прототипом повышается производительность труда и снижается расход материала на изготовление изоляционных элементов и пресс-форм для них за счет компактности исполнения изоляционного элемента с двумя контактами. Сущность изобретения поясняется чертежами. Фиг.1 - фрагмент продольного разреза ротора с явновыраженными полюсами, сечение А-А (фиг,2). Фиг.2 - фрагмент поперечного разреза ротора с явновыраженными полюсами, вид на полюс со стороны крепления изоляционного элемента. Фиг.3 - схема соединения катушек. На магнитопроводе 1 (фиг.1) ротора расположен полюс 2. содержащий катушку 3 возбуждения и шихтованный сердечник 4 с выступающими за его торцы 5 стержнями 6, опорная часть 7 которых сопряжена с передними 8 и задними 9 лобовыми частями катушки возбуждения. Верхний крайний виток 10 передней лобовой части 8 катушки 3 возбуждения соединен с внутренним выводом 11, концевая часть 12 которого снабжена гибким элементом 13 с наконечником 14. Нижний крайний виток 15 передней лобовой части 8 соединен с наружным выводом 16, который представляет собой гибкий элемент, Лобовые части 8, 9 катушки изолированы от стержня 6 прокладкой 17 Сообразной формы с пазом 18 (фиг.1, фиг.2) под расположением внутреннего вывода 11. На изоляционном элементе 19 расположены контакт внутреннего вывода 20 и контакт наружного вывода 21 с резьбовыми соединениями 22, посредством которых осуществляется соединение, наконечников гибких элементов с наконечниками межкатушечных токоведущи х шин 23. Наконечники гибких элементов внутреннего 11 и наружного 16 выводов, так же как и контакты 20, 21 смещены в аксиальном и радиальном направлениях друг относительно друга, а изоляционный элемент 19 закреплен на магнитопроводе 1 посредством утопленного в нем крепежа 24 с подкладной изоляционной шайбой 25. Наконечник токоведущей шины 23 снабжен скобой 26 (фиг.1, фиг.2). Межкатушечные токоведущие шины имеют два вида (фиг.3): шины, соединяющие внутренние выводы катушек смежных полюсов 27 и шины, соединяющие наружные выводы катушек смежных полюсов 28. При изготовлении ротора явнополюсной электрической машины производят намотку катушек 3 возбуждения на намоточном приспособленым и обрезку расчетного числа витков по середине каждой катушки возбуждения, т.е. все катушки возбуждения изготавливаются одинаково и технология при этом безотходная. После калибровки и опрессовки катушек производят установку межвитковых прокладок, после чего к верхнему крайнему витку 10 каждой катушки 3 возбуждения припаивают внутренний вывод 11, к нижнему крайнему витку 15 - наружный вывод 16. Внутренний 11 и наружный 16 выводы располагают по оси передней лобовой части 8 катушки 3 возбуждения друг за другом в аксиальном направлении, а их наконечники 14, находящиеся соответственно на конце гибкого элемента 13 конечной части 12 внутреннего вывода 11 и на конце наружного вывода 16, выполненного в виде гибкого элемента, сдвигают друг относительно друга в радиальном направлении. Каждую катушку 3 возбуждения закрепляют на шихтованном сердечнике 4 полюса 2, при этом передние 8 и задние 9 лобовые части катушки 3 возбуждения изолируют от стержней 6 прокладкой 17 с пазом 18 под внутренний вывод 11. Выступающие за торцы 5 шихтованного сердечника 4 стержни 6 своей опорной частью 7 поддерживают при закреплении передние 8 и задние 9 лобовые части катушки возбуждения 3. Полюса 2 с катушками возбуждения 3 монтируют на магнитопроводе 1. С одной стороны ротора, а именно, со стороны передних лобовых частей 8 катушек 3 возбуждения на магнитопроводе 1 с помощью крепежа 24 с подкладной изоляционной шайбой 25, предназначенной для увеличения пути утечки тока, закрепляют изоляционные элементы 19. Соединение внутреннего 11 и наружного 16 выводов катушек возбуждения 3 соответственно с межкатушечными токоведущими шинами 27, 28 производят на контактах внутреннего 20 и наружного 21 выводов при помощи резьбовых соединений 22 в определенной последовательности: сначала соединяют наконечники 14 внутренних выводов 11 смежных полюсов 2 с межкатушечной токоведущей шиной 27, а затем наконечники наружных выводов 16 смежных полюсов с межкатушечной токоведущей шиной 28 (фиг.3). Скоба 26 межкатушечной токоведущей шины, которая охватывает наконечник вывода катушки возбуждения с наружной стороны, служит не только для улучшения контакта в соединении "вывод катушки возбуждения межкатушечная токоведущая шина", но и в качестве стопорной шайбы резьбового соединения 22, предохраняющей от самоотвинчивания (фиг.1, фиг.2). Из вышеописанного следует, что такое расположение выводов катушек возбуждения позволяет соединять соседние полюса таким образом, чтобы при работе электрической машины сохранялось необходимое чередование полярности полюсов ротора (фиг.3). Устройство работает следующим образом. При подаче постоянного напряжения на катушки 3 возбуждения электрический ток проходит, например, от внутреннего контакта 20 через наконечник 14, гибкий элемент 13, конечную часть 12 внутреннего вывода катушки 3 возбуждения, обмотку катушки 3 возбуждения, через нижний виток 15, наружный вывод 16 и поступает на наружный контакт 21. В результате прохождения электрического тока 7 создается магнитный поток, который образует магнитное поле и формирует, например, южный полюс S. От наружного контакта 21 через токоведущую шину 28 электрический ток поступает на смежный полюс к наружному контакту 21 этого полюса и пройдя по электрической цепи 21, 16, 15, 3, 10, 11, 12, 13, 14 поступает на внутренний контакт 20 смежного полюса, т.е. в смежном полюсе электрический ток проходит в обратном направлении от наружного контакта 21 к внутреннему контакту 20 (фиг.1, фиг.3). В результате прохождения электрического тока создается магнитный поток, который формирует северный полюс N. Дальнейшее прохождение электрического тока происходит от внутреннего контакта 20, через токоведущую шину 27 к внутреннему контакту 20 соседнего полюса, в результате прохождения по катушке 3 возбуждения электрического тока, по описанным электрическим цепям, формируется очередной полюс ротора. Таким образом, соединение токоведущих шин 27 с наружными контактами 21 полюсов ротора, а токоведущи х шин 28 с внутренними контактами 20 полюсов ротора позволяет создать электрическую цепь, которая при прохождении электрического тока формирует полюса ротора с определенной полярностью S1N1S1N, что является необходимым условием работы электрической машины. Соединение катушек 3 возбуждения с помощью токоведущих шин 27 и 28 так, как описано выше, позволяет изготавливать однотипные катушки 3 возбуждения, а именно, открытые, без перекрещивания при намотке чем обеспечивается создание ротора явнополюсной электрической машины более простой конструкции и повышает технологичность при изготовлении и его ремонте. Концевые части 7 стержней 6, выступающие за торцы 5 шихтованного сердечника 4 полюса 2. при вращении ротора создают вентиляционный эффект, повышая тем самым эффективность охлаждения полюсов. Минимальный вылет лобовых частей 8 и 9 катушки 3 возбуждения от торца 5 шихто ванного сердечника 4 полюса 2 (фиг.1) благоприятно сказывается на вибрационном состоянии ротора явнополюсной электрической машины.