Торцевая электрическая машина

Техническое решение относится к области электромашиностроения, а именно к конструкции торцевых синхронных машин, работающих в режиме генератора или двигателя. Решена задача создания технологичной в производстве электрической машины переменного тока, с повышенными показателями энергетики и надежности при одновременном снижении ее массы. Этот результат достигнут за счет того, что в торцевой электрической машине с двумя статорами и двумя роторами каждый статор установлен в гильзе таким образом, что его обмоточные модули соосны с гильзой и зафиксированы относительно ярма статора, а роторы образуют сдвоенный ротор с общим ярмом, который установлен на валу с возможностью перемещения и фиксации в осевом направлении, при этом полюсы ротора обращены к рабочим поверхностям статоров. 1 илл.

Техническое решение относится к электромашиностроению, а именно к конструкции торцевых синхронных машин, работающих в режиме генератора или двигателя.

Известен электромеханический преобразователь (RU 23022692, Мкл. Н02К 19/10, 11.10.2007), в котором статор содержит сердечники из материала с высокой магнитной проницаемостью, торцами прикрепленные к опорному статорному кольцу и ориентированные параллельно основному магнитному потоку. Между сердечниками расположены проводники многофазной обмотки. Ротор выполнен в виде двух коаксиально расположенных наружного и внутреннего индукторов-магнитопроводов из материала высокой магнитной проницаемости в форме полых цилиндров, закрепленных с возможностью вращения относительно статора и несущих расположенные по окружностям полюсы с чередующейся полярностью, обращенные через рабочие зазоры к статору и охватывающие его.

Известна электрическая машина с постоянными магнитами (патент на полезную модель 75110 U1, Мкл. Н02К 19/02, 20.07.08), содержащая по меньшей мере одну статорно-роторную пару, в которой статор состоит из сердечников, торцами прикрепленных к опорному кольцу, между которыми расположены проводники многофазной обмотки, и ротор, выполненный в виде двух коаксиально расположенных наружного и внутреннего индукторов, закрепленных с возможностью вращения относительно статора, несущих расположенные по окружности полюсы с чередующейся полярностью, обращенные через рабочие зазоры к статору. В роторе с целью концентрации магнитного потока, полюсы индукторов образованы постоянными магнитами, расположенными в промежутках между сегментами ярем из магнитомягкого материала, а магниты намагничены в тангенциальном направлении.

К недостаткам указанных машин можно отнести:

ненадежность консольного крепления статора с помощью опорного статорного кольца, охватывающего лобовые части обмотки статора;

невозможность регулировки зазоров между статором и двумя Польши индуктора-ми-магнитопроводами в связи с их жесткой связью;

неэффективное использование энергии магнитов, вследствие различных магнитных потоков на полюсах разных размеров на внутреннем и наружном индукторах ротора;

невозможность реализации тихоходной машины вследствие недостатка места на внутреннем индукторе для размещения полюсов.

Наиболее близкой к заявляемой машине является торцевая электрическая машина (пат. РФ 2246168, МПК⁷ Н02К 21/24), включающая вал, статор, состоящий из двух половин (далее два статора), имеющих автономный зубцовый слой и распределенную обмотку, и два ротора с полюсами в виде постоянных магнитов.

К недостаткам этой конструкции следует отнести

- возможную несоосность статоров, вследствие отсутствия общей их базы,

- повышенную роторную массу из-за наличия двух ярм для каждого из роторов;

В основу нового технического решения положена задача создания технологичной в производстве электрической машины переменного тока, с повышенными показателями энергетики и надежности при одновременном снижении ее массы.

Поставленная задача решается тем, что в торцевой электрической машине, включающей вал, два статора, каждый из которых содержит распределенную обмотку в виде обмоточных модулей и ярмо, и два ротора с полюсами в виде постоянных магнитов, согласно новому решению, каждый статор установлен в гильзе так, что его обмоточные модули соосны с гильзой и зафиксированы относительно ярма, а ротор выполнен сдвоенным с общим ярмом и установлен на валу с возможностью перемещения и фиксации в осевом направлении, при этом полюсы ротора обращены к рабочим поверхностям статоров.

На фиг.1 представлена заявляемая торцевая электрическая машина (в разрезе), на фиг.2 - фрагмент А фиг.1.

Торцевая электрическая машина содержит вал 1, два статора 2, смонтированные с торцов корпуса 3. Каждый из статоров 2 включает основание 4 с закрепленным на нем ярмом 5, выполненным из ленточной стали, и обмоточные модули 6, образующие зубцовую зону машины с одно- или многофазной статорной обмоткой, и установлен в гильзе 7. Обмоточные модули 6 центрированы относительно ярма 5 статора в гильзе 7, базирующейся на внутренней поверхности корпуса 3. Между рабочими поверхностями статоров 2 размещен сдвоенный ротор, который имеет общее ярмо 8, соединенное со ступицей 9, установленной на валу 1. Ступица 9 соединена с устройством 10 для ее перемещения вдоль вала и фиксации. Сдвоенный ротор содержит полюсы с чередующейся полярностью, обращенные своими рабочими поверхностями к статорам 2. Полюсы выполнены из постоянных магнитов 11, закрытых полюсными наконечниками 12 из магнитомягкой стали, защищающими магниты от размагничивания полем статора и служащими для крепления магнитов 11 на общем ярме 8.

Машина работает следующим образом.

После выравнивания зазоров между рабочими поверхностями статоров 2 и сдвоенного ротора регулировочным устройством 10, его фиксируют на валу 1. В режиме генератора за счет точного центрирования обмоточных модулей 6 в гильзе 7 в радиальном направлении обеспечивается равномерность наведенной ЭДС по полюсам и фазам статора 2. Достижение равенства воздушных зазоров между статорами 2 и сдвоенным ротором за счет перемещения сдвоенного ротора в осевом направлении регулировочным устройством 10 приводит к равенству магнитных потоков в каждом статоре, а, следовательно, ЭДС их обмоток и повышает общее напряжение на выходе генератора. Равенство и равномерность воздушных зазоров приводит к уменьшению силы одностороннего тяжения между статорами и сдвоенным ротором и, вместе с надежным укреплением обмоточных модулей 6 относительно ярма 5 статора, существенному повышению надежности машины.

Частота выходного напряжения определяется частотой вращения ротора и количеством пар полюсов, которое может быть существенно большим, чем у серийных машин. Это позволяет применить прямой привод между первичным двигателем и генератором в широком диапазоне частот вращения приводного двигателя, от 80 до 1500 об/мин.

При работе заявляемой машины в режиме двигателя ток, протекающий по обмотке статора 2, взаимодействует с магнитным потоком ротора и создает вращающий момент. Обеспечение равномерности наведенной ЭДС по полюсам и фазам, за счет точного центрирования обмоточных модулей 6 в гильзе 7 в радиальном направлении, равные ЭДС в каждом статоре за счет выравнивания регулировочным устройством 10 воздушных зазоров между статорами 2 и сдвоенным ротором, повышают общий момент машины и ее КПД. Частота вращения ротора определяется количеством пар полюсов и частотой питающего напряжения и может варьироваться в широком диапазоне частот вращения двигателя, от 80 до 1500 об/мин.

Поставленная задача решена за счет разнесения статоров, объединенных общим основанием, на две независимые одинаковые агрегатные конструкции, полученные установкой каждого статора в гильзу, в которой он точно центрируется и в собранном виде крепится к торцевым поверхностям корпуса машины. Такая конструкция статорной части машины обеспечивает удобство сборки-разборки, повышает ее ремонтопригодность за счет замены одного или двух статоров, уменьшается радиальное биение и, что более важно, торцевое биение рабочих поверхностей статоров.

Сдвоенный ротор в этой конструкции имеет общее ярмо, что уменьшает его общую массу, за счет меньшей толщины суммарного ярма, удовлетворяющей требованиям магнитных и жесткостных характеристик, т.к. в одинарном роторе толщина ярма увеличена по требованиям жесткости ротора.

Торцевая электрическая машина, включающая вал, два статора, каждый из которых содержит распределенную обмотку в виде обмоточных модулей и ярмо, и два ротора с полюсами в виде постоянных магнитов, отличающаяся тем, что каждый статор установлен в гильзе так, что его обмоточные модули соосны с гильзой и зафиксированы относительно ярма, а ротор выполнен сдвоенным с общим ярмом и установлен на валу с возможностью перемещения и фиксации в осевом направлении, при этом полюсы ротора обращены к рабочим поверхностям статоров.