RU2244996C1

RU2244996C1 - Alternating-current generator

Info

Publication number: RU2244996C1
Application number: RU2003124088/09A
Authority: RU
Inventors: С.А. Ганджа (RU); С.А. Ганджа; Е.В. Соломин (RU); Е.В. Соломин; А.Д. Шауфлер (RU); А.Д. Шауфлер
Original assignee: Закрытое акционерное общество Научно-исследовательский институт "УРАЛМЕТ"
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2005-01-20
Also published as: RU2003124088A

Abstract

FIELD: electromechanical engineering; ac generators.

SUBSTANCE: proposed ac generator that has stator assembled of two laminated stacks press-fitted into solid core, multiphase winding, fixed field winding with former secured between laminated stacks, and rotor with reinforced poles enclosing field winding is characterized in that laminated stacks are disposed inside rotor, field winding is placed between laminated stacks of stator, and permanent magnets are inserted into rotor interpole space.

EFFECT: enhanced specific power characteristics and simplified design of generator.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в генераторах для автономных источников электропитания, например в электрооборудовании автомобилей, в ветроэнергетических установках, в дизельных электростанциях.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in generators for autonomous power sources, for example, in electrical equipment of automobiles, in wind power plants, in diesel power plants.

К генераторам для автономных источников электропитания предъявляются жесткие требования по надежности, ресурсу и удельным энергетическим показателям (удельной массе, КПД).The generators for autonomous power supplies are subject to stringent requirements for reliability, resource and specific energy performance (specific gravity, efficiency).

Для повышения надежности и ресурса в генераторах применяют бесконтактное возбуждение.To increase the reliability and resource in the generators, contactless excitation is used.

Для повышения удельных энергетических показателей в генераторах применяют комбинированное возбуждение, при котором индуктор наряду с обмоткой возбуждения содержит, дополнительно, постоянные магниты. При этом рабочий магнитный поток создается двумя источниками: обмоткой возбуждения и постоянными магнитами.To increase the specific energy indices in the generators, combined excitation is used, in which the inductor, in addition to the excitation winding, additionally contains permanent magnets. In this case, the working magnetic flux is created by two sources: the excitation winding and permanent magnets.

Известен генератор переменного тока [1], содержащий шихтованный статор с многофазной обмоткой, ротор с полюсами, охватывающими вращающуюся обмотку возбуждения, питаемую через контактные кольца, постоянные магниты, расположенные в межполюсном пространстве. Постоянные магниты имеют намагниченность в направлении касательной к расточке статора. Достоинством известного генератора является комбинированное возбуждение, при котором магнитный поток образуется из двух составляющих: магнитного потока, созданного обмоткой возбуждения и магнитного потока, созданного постоянными магнитами. Это позволяет повысить удельные энергетические показатели. Но при этом данная конструкция не позволяет выполнить возбуждение бесконтактным, что снижает надежность генератора и его ресурс. Межполюсное пространство имеет малые размеры, поэтому размещенные в нем магниты создают небольшой магнитный поток, что не позволяет получить максимально возможные удельные энергетические показатели. Расположение магнитов с тангенциальным намагничением усложняет сборку ротора, делая изделие менее технологичным.Known alternator [1], containing a laminating stator with a multiphase winding, a rotor with poles covering a rotating field winding, fed through contact rings, permanent magnets located in the pole space. Permanent magnets are magnetized in the direction tangent to the stator bore. The advantage of the known generator is the combined excitation, in which the magnetic flux is formed from two components: the magnetic flux created by the excitation winding and the magnetic flux created by permanent magnets. This allows you to increase specific energy indicators. But at the same time, this design does not allow the excitation to be made non-contact, which reduces the reliability of the generator and its resource. The interpolar space is small, so the magnets placed in it create a small magnetic flux, which does not allow to obtain the maximum possible specific energy indicators. The location of the magnets with tangential magnetization complicates the assembly of the rotor, making the product less technological.

Наиболее близким по техническому решению является бесконтактный авиационный генератор [1], содержащий статор, состоящий из двух шихтованных пакетов, вставленных в массивный магнитопровод, и содержащий многофазную обмотку, неподвижную обмотку возбуждения с каркасом, закрепленным между пакетами статора, ротор с укороченными полюсами, охватывающими обмотку возбуждения.The closest in technical solution is a non-contact aircraft generator [1], containing a stator, consisting of two burnt packages inserted in a massive magnetic circuit, and containing a multiphase winding, a stationary field winding with a frame fixed between the stator packages, a rotor with shortened poles covering the winding excitement.

В известном устройстве бесконтактное возбуждение позволяет повысить надежность и ресурс, но при этом укороченные полюса проводят магнитный поток только на половине активной длины обмотки статора, что более чем в два раза снижает использование активных материалов генератора и приводит к низким удельным энергетическим показателям. Расположение обмотки возбуждения внутри полюсов усложняет технологию сборки.In the known device, non-contact excitation can increase reliability and service life, but shortened poles conduct magnetic flux only at half the active length of the stator winding, which reduces the use of active materials of the generator by more than two times and leads to low specific energy indices. The location of the field winding inside the poles complicates the assembly technology.

Основным техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение удельных энергетических показателей, упрощение технологии сборки.The main technical result of the invention is to improve specific energy indicators, simplifying assembly technology.

Это достигается тем, что в генераторе переменного тока, содержащем статор, состоящий из двух шихтованных пакетов, впрессованных в массивный магнитопровод, многофазной обмотки, неподвижной обмотки возбуждения с каркасом, закрепленным между шихтованными пакетами, ротор с укороченными полюсами, охватывающими обмотку возбуждения, пакеты статора располагаются внутри ротора, обмотка возбуждения размещается между пакетами статора, а в межполюсное пространство вставляются постоянные магниты, имеющие радиальную намагниченность.This is achieved by the fact that in an alternating current generator containing a stator, consisting of two burnt packages, pressed into a massive magnetic circuit, a multiphase winding, a stationary field winding with a frame fixed between the burnt packages, a rotor with shortened poles covering the field winding, the stator packages are located inside the rotor, an excitation winding is placed between the stator packets, and permanent magnets with radial magnetization are inserted into the pole space.

Новизна технического решения обусловлена тем, что введение в магнитную систему постоянных магнитов радиальной намагниченности позволяет увеличить полезный магнитный поток и, тем самым, улучшить удельные энергетические показатели, а расположение статора внутри ротора и размещение обмотки возбуждения между пакетами статора позволяет упростить технологию сборки генератора.The novelty of the technical solution is due to the fact that the introduction of permanent radial magnetization magnets into the magnetic system allows us to increase the useful magnetic flux and, thereby, improve the specific energy indices, and the location of the stator inside the rotor and the placement of the field winding between the stator packets allows us to simplify the generator assembly technology.

По данным научно-исследовательской и патентной литературы авторам не известна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.According to the research and patent literature, the authors are not aware of the claimed combination of features aimed at achieving the task, and this solution does not follow clearly from the prior art, which allows us to conclude that the solution corresponds to the level of the invention.

Сущность изобретения поясняется рисунками, где представлена принципиальная схема генератора переменного тока с комбинированным возбуждением.The invention is illustrated by drawings, which presents a schematic diagram of an alternating current generator with combined excitation.

На фиг.1 и 2 изображены поперечные разрезы генератора.Figures 1 and 2 show cross sections of a generator.

Генератор состоит из статора и ротора. Статор содержит шихтованные пакеты 1 и 2 с пазами. Пазы пакетов в осевом направлении совпадают. В пазах пакетов расположена многофазная обмотка 3. Шихтованные пакеты напрессованы на массивные детали магнитопровода 4 и 5. Детали 4 и 5 насажаны на втулку 6. Между пакетами магнитопровода расположена неподвижная обмотка возбуждения 7. Ротор генератора расположен снаружи статора. Он имеет массивные полюса 8 и постоянные магниты 9 и 10. Постоянные магниты и полюса чередуются между собой, располагаясь по окружности. При этом они образуют два кольца, которые охватывают шихтованные пакеты 1 и 2. Кольца расположены между собой таким образом, что в осевом направлении напротив полюса 8 находится постоянный магнит 9 или 10. Магниты 9 и 10 имеют радиальную намагниченность, при этом в одном кольце магниты имеют “южную” намагниченность 9 на поверхности, обращенной к пакету, в другом кольце - “северную” 10.The generator consists of a stator and a rotor. The stator contains lined bags 1 and 2 with grooves. The grooves of the packets in the axial direction match. In the grooves of the packages there is a multiphase winding 3. The burnt packages are pressed onto the massive parts of the magnetic circuit 4 and 5. Parts 4 and 5 are mounted on the sleeve 6. Between the packages of the magnetic circuit there is a stationary field winding 7. The generator rotor is located outside the stator. It has massive poles 8 and permanent magnets 9 and 10. Permanent magnets and poles alternate among themselves, located around the circumference. At the same time, they form two rings, which cover the burnt packets 1 and 2. The rings are arranged so that in the axial direction opposite the pole 8 there is a permanent magnet 9 or 10. The magnets 9 and 10 have radial magnetization, while in one ring the magnets have a “southern” magnetization 9 on the surface facing the packet, in another ring, a “northern” 10.

Генератор работает следующим образом. При питании обмотки возбуждения 7 постоянным током она создает магнитный поток, который замыкается по пути: шихтованный пакет 1, воздушный зазор, массивный полюс 8 первого кольца, спинка ротора, массивный полюс 8 второго кольца, воздушный зазор, шихтованный пакет 2, деталь магнитопровода 5, втулка 6, деталь магнитопровода 4.The generator operates as follows. When the field winding 7 is supplied with direct current, it creates a magnetic flux that closes along the path: charge package 1, air gap, massive pole 8 of the first ring, back of the rotor, massive pole 8 of the second ring, air gap, charge package 2, part of the magnetic circuit 5, sleeve 6, detail of the magnetic circuit 4.

Магнитный поток, который создается постоянными магнитами замыкается по следующему пути: шихтованный пакет 1, воздушный зазор, “южный магнит” 9, спинка ротора, “северный” магнит 10, воздушный зазор, шихтованный пакет 2, деталь магнитопровода 5, втулка 6, деталь магнитопровода 4. Таким образом, магнитные потоки имеют общие участки только во втулке и спинке ротора. В остальных участках магнитопровода магнитные потоки не пересекаются. Направление магнитного потока от постоянных магнитов не меняется. Направление потока от обмотки возбуждения зависит от полярности источника питания, к которому она подключена. При этом поток от обмотки возбуждения может, как прибавляться к потоку постоянных магнитов, так и вычитаться из него.The magnetic flux created by the permanent magnets is closed in the following way: burden package 1, air gap, “south magnet” 9, rotor back, “north” magnet 10, air gap, burden package 2, part of magnetic circuit 5, sleeve 6, part of magnetic circuit 4. Thus, magnetic fluxes have common areas only in the hub and back of the rotor. In the remaining sections of the magnetic circuit, the magnetic fluxes do not intersect. The direction of the magnetic flux from the permanent magnets does not change. The direction of flow from the field winding depends on the polarity of the power source to which it is connected. In this case, the flux from the field coil can either be added to the flux of permanent magnets or subtracted from it.

При вращении ротора суммарный поток наводит ЭДС в статорной обмотке 3. При изменении частоты вращения величина и направление тока в обмотке возбуждения 7 выбирается таким образом, чтобы произведение частоты вращения на величину потока было бы постоянным. При этом амплитуда выходного напряжения генератора остается постоянной при изменении частоты вращения в широких пределах, что необходимо для автономных источников питания.When the rotor rotates, the total flux induces an EMF in the stator winding 3. When the rotation frequency changes, the magnitude and direction of the current in the excitation winding 7 is selected so that the product of the rotational speed by the magnitude of the flow is constant. In this case, the amplitude of the output voltage of the generator remains constant when the speed changes over a wide range, which is necessary for autonomous power sources.

Достоинства предлагаемого синхронного генератора заключаются в следующем.The advantages of the proposed synchronous generator are as follows.

1. При использовании в конструкции высоококоэрцитивных магнитов отдаваемая генератором мощность в одних и тех же габаритах практически удваивается за счет увеличения полезного магнитного потока и лучшего использования обмоточной меди.1. When using highly coercive magnets in the design, the power given by the generator in the same dimensions almost doubles due to an increase in the useful magnetic flux and better use of winding copper.

2. В предлагаемой конструкции статор можно свободно вставить в ротор или извлечь из него без дополнительных операций сборки и разборки. Это, по сравнению с конструкцией прототипа, существенно упрощает технологию сборки изделия, балансировку вращающихся частей, ремонтные работы.2. In the proposed design, the stator can be freely inserted into the rotor or removed from it without additional assembly and disassembly operations. This, compared with the design of the prototype, greatly simplifies the technology of assembly of the product, balancing the rotating parts, repair work.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо. Генератор переменного тока 14 В 1400 Вт испытан в лабораторных условиях. При этом для номинальных оборотов 6000 об/мин и номинальном стабильном напряжении 14 В токоотдача по сравнению с конструкцией прототипа возросла с 60 до 100 А.The proposed solution is industrially applicable. The 14 V 1400 W alternator is tested under laboratory conditions. At the same time, for rated speeds of 6000 rpm and a nominal stable voltage of 14 V, the current efficiency in comparison with the prototype design increased from 60 to 100 A.

Источники информацииSources of information

1. United States Patent 4959577. Radomski, September 25, 1990.1. United States Patent 4959577. Radomski, September 25, 1990.

2. Балагуров В.А. Проектирование генераторов переменного тока с когтеобразными полюсами. М., 1980.2. Balagurov V.A. Design of claw-shaped alternators M., 1980.

Claims

An alternating current generator comprising a stator, consisting of two burnt packages, pressed into a massive magnetic circuit, a multiphase winding, a stationary field winding with a frame fixed between the burst packages, a rotor with shortened poles covering the field winding, characterized in that the bursted stator packages are located inside of the rotor, the field winding is placed between the stator stacks, and the permanent magnets having a radial magnetization.