МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА КОМБИНИРОВАННОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ С РОТОРОМ КОЛЛЕКТОРНОГО ТИПА

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована при проектировании синхронных электрических машин, предназначенных для применения в самолетостроении.
Наиболее близким к полезной модели устройством является однофазная электрическая машина переменного тока комбинированного возбуждения, имеющая двухпакетную конструкцию. Два пакета роторов и статоров расположены в общем цилиндрическом корпусе. Переменно-полюсные магнитные системы роторов обоих пакетов, установленные на едином магнитном валу, представляют собой равномерно чередующиеся полюса, выполненные из магнитомягкого материала, между которыми расположены постоянные магниты. В межпакетном пространстве размещена обмотка управления постоянного тока. Статор каждого из пакетов охвачен индивидуальной якорной обмоткой переменного тока (1). Устройство (1) имеет низкие массогабаритные показатели, что объясняется наличием двух якорных обмоток, имеющих значительные размеры внутренних лобовых частей, и низким коэффициентом использования активного материала, так как магниты установлены только на половине полюсов, а другая половина - массивные полюсные наконечники. Кроме того, в известном устройстве для обеспечения достаточной прочности конструкции магниты скреплены с полюсами клеем либо специальными крепежными шайбами, что значительно усложняет конструкцию и ведет к снижению надежности и ухудшению массогабаритных показателей.
Техническим результатом, которого можно достичь при использовании полезной модели, является улучшение массогабаритных показателей электрической машины и повышение надежности работы.
Технический результат достигается тем, что в магнитоэлектрической машине комбинированного возбуждения с ротором коллекторного типа, содержащей два пакета роторов и статоров, расположенных в общем магнитном корпусе, переменно-полюсные магнитные системы роторов обоих пакетов, установленные на едином магнитном валу, представляют собой равномерно чередующиеся магнитные полюса, выполненные из магнитомягкого материала, между которыми расположены постоянные магниты, намагниченные в тангенциальном направлении, причем магнитные полюса одной полярности первого пакета и магнитные полюса другой полярности второго пакета соединены с общим магнитопроводом, в качестве которого использован вал либо тонкостенный цилиндр, установленный на валу, при этом статоры обоих пакетов охвачены общей якорной обмоткой переменного тока, а обмотка управления постоянного тока каждого из пакетов размещена в межпакетном пространстве. Магнитные системы роторов могут быть выполнены в виде стянутых друг с другом в осевом направлении идентичных по размеру кольцевых пластин, в которых предусмотрены окна для размещения постоянных магнитов и сформированы магнитные и немагнитные зоны, причем магнитные зоны расположены в местах размещения магнитных полюсов и общего магнитопровода, а кольцевые пластины либо изготовлены из градиентного материала.
На Фиг.1 представлена конструкция устройства (продольный разрез).
На Фиг.2 представлена конструкция устройства (поперечный разрез по одному из пакетов).
На Фиг.3 изображена одна из кольцевых пластин, составляющих конструкцию роторов.
На Фиг.4 представлена регулировочная характеристика устройства.
Магнитоэлектрическая машина комбинированного возбуждения (Фиг.1, 2, 3) содержит два пакета роторов 1, 2 и статоров 3, 4, расположенных в общем магнитном корпусе 5. Переменно-полюсные магнитные системы роторов обоих пакетов, установленные на едином магнитном валу 6, представляют собой равномерно чередующиеся магнитные полюса 7, выполненные в виде сегментов из магнитомягкого материала, между которыми расположены намагниченные в тангенциальном направлении постоянные магниты 8. Магнитные полюса одной полярности первого пакета и магнитные полюса другой полярности второго пакета объединены единым магнитопроводом, в качестве которого использован вал 6 либо установленный на валу тонкостенный цилиндр 9, выполненный из магнитомягкого материала. Цилиндр 9 и вал 6 выполняют функцию магнитопровода, через который замыкается магнитный поток. В межпакетном пространстве размещена обмотка управления 10 постоянного тока, а якорная обмотка 11 переменного тока охватывает статоры 3 и 4.
Для повышения прочности и надежности конструкции магнитные системы роторов выполнены в виде стянутых друг с другом в осевом направлении кольцевых пластин 12 (Фиг.3), в которых предусмотрены окна для размещения постоянных магнитов 8. Каждая из кольцевых пластин 12 имеет немагнитные 13 и магнитные зоны 14. Магнитные зоны 14 расположены в местах размещения общего магнитопровода и магнитных полюсов 7. Кольцевые пластины 12 могут быть изготовлены из чередующихся листов из магнитного и немагнитного материала либо листов градиентного материала.
Ферромагнитные зоны пластин выполняют функции магнитных полюсов и магнитопровода и расположены соответственно их размещению. В качестве градиентного материала может быть использована магнитная аустенитная сталь, которая после специальной термической и механической обработки обретает свойства немагнитного материала.
В процессе сборки пластины закрепляют на валу, стягивая друг с другом в осевом направлении, например, торцевыми фланцами.
Устройство работает следующим образом.
При вращении роторов 1 и 2 магнитный рабочий поток Ф, создаваемый постоянными магнитами 8, пронизывает якорную обмотку 11, в которой наводится ЭДС. Рабочий поток Ф имеет три составляющие: поток возбуждения, создаваемый ротором 1 в пакете статора 3; поток возбуждения, создаваемый ротором 2 в пакете статора 3; осевой поток регулирования, создаваемый постоянными магнитами 8 обоих роторов. Рабочий роток Ф может изменяться с помощью регулирования тока обмотки управления 10.
При отсутствии тока в обмотке управления (возбуждения) 10 поток постоянных магнитов частично замыкается через магнитные полюса 7, рабочие воздушные зазоры, зубцы и ярмо статора и ротора и магнитопроводы (корпус 5 и вал 6).
При увеличении тока (Iу) обмотки управления 10 (Фиг.4) часть магнитного потока, замыкающегося через магнитопроводы 5 и 6, вытесняется в рабочие воздушные зазоры, увеличивая общий рабочий поток (Ф) электрической машины и выходное напряжение (U).
При уменьшении величины тока в обмотке управления 10 и изменении его направления величина магнитного потока будет уменьшаться в зависимости от соотношения площадей сечений магнитопроводов (5 и 6) и магнитомягких полюсов пакетов, при этом максимально возможная кратность регулирования потока может изменяться в требуемых пределах.
С помощью изменения величины и направления тока обмотки управления можно регулировать величину рабочего потока и, следовательно, выходное напряжение и мощность генератора Представленная на Фиг.4 регулировочная характеристика иллюстрирует глубину регулирования напряжения при двухполярном управлении обмоткой возбуждения.
Таким образом, использование в двухпакетной конструкции комбинированного генератора ротора коллекторного типа и одной якорной обмотки, охватывающей оба статора, позволяет улучшить массогабаритные показатели электрической машины и повысить надежность ее работы.
Выполнение магнитной системы ротора в виде набора стянутых между собой в осевом направлении кольцевых пластин, в которых сформированы магнитные и немагнитные зоны, позволяет значительно упростить конструкцию ротора, повысить его механическую прочность и, следовательно, надежность всего устройства.
Полезная модель может быть использована при проектировании электрических машин переменного тока, предназначенных для использования в самолетостроении.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:
А.И.Бертинов «Авиационные электрические генераторы», Государственное издательство оборонной промышленности, М., 1959 г, с.378-380.