Синхронный генератор с аксиальным магнитным потоком

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам, и может быть использована при производстве высокоскоростных синхронных генераторов для использования в составе газотурбинных установок.
Известна электрическая машина, содержащая кольцеобразный ряд обмоток статора на железных сердечниках из листов или прессованного порошка железа, и соответствующий кольцеобразный ряд постоянных магнитов ротора, в частности синхронная машина с постоянной намагниченностью для синусоидального напряжения, обмотки выполнены сосредоточенными, а не распределены в пазах, сердечники с обмотками чередуются с железными сердечниками без обмоток, так что на каждом втором железном сердечнике имеется обмотка. Причем машина рассчитана на трехфазное напряжение с последовательным соединением соседних катушек, которые могут быть соединены последовательно или параллельно. [1]
Недостатком этой электрической машины является необходимость изготовления пакета статора из листов электротехнической стали, с выполненными в них пазами для обмоточного провода, что повышает трудоемкость при изготовлении изделия, а также ремонт, в случае выхода электрической машины из строя.
Также известен магнитоэлектрический генератор, ротор которого снабжен постоянными магнитами, а статор содержит две параллельные пластины, между которыми размещены в два ряда кольцевые обмотки, выполненные в форме равнобедренных трапеций, боковые стороны которых расположены радиально относительно оси вращения ротора, а участки кольцевых обмоток в основаниях трапеций выгнуты по дуге, при этом выгнутые по дуге участки рядов обмоток обращены в противоположные стороны; ротор выполнен из двух закрепленных на валу параллельных дисков, на каждом из которых на обращенных друг к другу поверхностях размещены кольцеобразные ряды постоянных магнитов, полярность постоянных магнитов каждого ряда чередуется, при этом полюса постоянных магнитов одного ряда обращены к противоположным полюсам постоянных магнитов другого ряда, кольцевые обмотки попарно вставлены друг в друга, при этом расстояние между участками кольцевых обмоток в основаниях трапеций превышает ширину кольцеобразного ряда постоянных магнитов. [2]
Недостатком этого магнитоэлектрического генератора является технологически сложное изготовление и ремонт в случае выхода из строя обмотки статора, конструктивно представляющей собой выгнутые по дуге равнобедренные трапеции, вставленные друг в друга и укрепленные на пластинах.
Известна конструкция магнитоэлектрического генератора, принятого в качестве прототипа, ротор которого выполнен из двух параллельных дисков, закрепленных на валу, выполненных из электротехнической стали. На обращенных друг к другу поверхностях дисков размещены кольцеобразные ряды выполненных в форме трапеций постоянных магнитов. В каждом кольцевом ряду магниты сопряжены друг с другом боковыми гранями с зазором 0,1-0,2 мм. Полярность постоянных магнитов в каждом ряду чередуется, при этом полюса постоянных магнитов одного ряда обращены к противоположным полюсам постоянных магнитов другого ряда. Статор магнитоэлектрического генератора содержит две параллельные пластины, между которыми размещены расположенные в два ряда кольцевые обмотки соответственно. Участки кольцевых обмоток в основаниях трапеций выгнуты по дуге и обращены в противоположные стороны. Расстояние между участками кольцевых обмоток в основаниях трапеций превышает ширину кольцеобразного ряда постоянных магнитов. Смежные боковые стороны кольцевых обмоток ряда размещены между боковыми сторонами кольцевых обмоток другого ряда. Таким образом, обмотки совместно образуют замкнутую кольцевую цепь. [3]
Недостаток этого магнитоэлектрического генератора аналогичен недостатку описанного выше аналога [2], а именно сложное изготовление и ремонт в случае выхода из строя обмотки статора, конструктивно представляющей собой выгнутые по дуге равнобедренные трапеции, вставленные друг в друга и укрепленные на пластинах.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение технологичности изготовления и ремонтопригодности генераторов. Технический результат - повышение технологичности и ремонтопригодности.
,
,
Поставленная задача решается тем, что синхронный генератор с аксиальным магнитным потоком, состоит из корпуса, выполненного из расположенных соосно листовскрепленных резьбовыми шпильками диамагнитного якоря, магнитных секций  с постоянными магнитами и электромагнитных подвесов, а также статора с обмоткой, при этом обмотка статора, выполнена формованным прямоугольным эмалированным проводом, с последующей фиксацией компаундом и представляет собой модульные кассеты, размещающиеся в предусмотренных конструктивно пазах корпуса.
Заявляемый синхронный генератор с аксиальным магнитным потоком обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него конструктивным исполнением обмотки статора, выполненной в виде модульных кассет. Указанное конструктивное улучшение позволяет упростить технологию изготовления генераторов и повысить их ремонтопригодность.
,
Заявляемая полезная модель изготавливается из обычных конструкционных материалов (алюминий, сталь, медь, кремнийорганический компаунд)на заводском оборудовании, и может найти широкое применение в составе газотурбинных установок.
Полезная модель иллюстрируется следующими изображениями:
Фиг.1 - Изометрический вид синхронного генератора с аксиальным магнитным потоком с вырезом.
Фиг.2 - Отформованный провод обмотки статора синхронного генератора с аксиальным магнитным потоком залитый компаундом.
Фиг.3 - Отформованный эмалированный провод обмотки статора синхронного генератора с аксиальным магнитным потоком.
Для достижения поставленной задачи предложена конструкция синхронного генератора с аксиальным магнитным потоком (Фиг.1), который состоит из корпуса, выполненного из расположенных соосно и скрепленных резьбовыми шпильками 9 отдельных листов 1, 2 и 3, диамагнитного якоря 4, магнитных секций 5 с постоянными магнитами, электромагнитных подвесов 6 и 7, выполняющих роль подшипников, а также модульных кассет 8, размещаемых в предусмотренных в корпусе прорезях. Таким образом, активная часть проводников находится между постоянных магнитов секций ротора. Причем модульные кассеты 8, выполнены формованным прямоугольным эмалированным проводом 10 (Фиг. 3), с последующей фиксацией компаундом 11 (Фиг. 2). Все детали генератора находятся в функционально- конструктивном единстве и соединены между собой сборочными операциями.
Синхронный генератор с аксиальным магнитным потоком работает следующим образом. Якорь 4 приводится во вращение сторонним устройством, вращающееся магнитное поле, создаваемое вращением постоянных магнитов в магнитных секция 5, наводит ЭДС в кассетах 8, расположенных в корпусе. Свободное вращения якоря 4, относительно листов корпуса 1, 2 и 3, обеспечивается электромагнитными подвесами 6 и 7, выполняющими роль подшипников.
Конструктивные данные (число модульных кассет, число витков в кассете, размеры провода, габаритные и присоединительные размеры кассеты) предложенного технического решения определяются из требований к выходной мощности, частоте вращения и выходному напряжению синхронного генератора с аксиальным магнитным потоком. Диаметр центрального отверстия в кассете (фиг.2,3) определяется минимальным диаметром вала генератора. Высота и ширина кассет определяются радиальной высотой магнитов и конструктивно необходимым вылетом лобовых частей. Толщина кассеты определяется из электромагнитного расчета.
Таким образом, конструктивное исполнение обмотки статора в виде модульных кассет позволяет легко заменить вышедший из строя элемент обмотки статора без демонтажа остальных элементов конструкции, в отличие от прототипа и, как следствие, повышает технологичность изготовления и ремонтопригодность изделия.
Источники информации:
1. Патент RU №2234788, МПК Н02К 21/24, Н02К 21/12, дата подачи заявки 25.05.2000, дата публикации 20.08.2004.
2. Патент RU №2427067, МПК Н02К 21/24, Н02К 3/24, дата подачи заявки 25.12.2009, дата публикации 20.08.2011.
3. Патент RU №2564511, МПК Н02К 21/24, Н02К 3/04, дата подачи заявки 27.10.2014, дата публикации 10.10.2015.