Бесщеточный синхронный генератор интегральной конструкции

Полезная модель относится к электроэнергетике, а именно, к бесконтактным синхронным электрическим машинам, и предназначена для использования в системах электроснабжения транспортных средств, в том числе летательных аппаратов.
Известны конструкции бесщеточного синхронного генератора с вращающимися выпрямителями, представляющего собой трехмашинный агрегат, включающий основной генератор, возбудитель, блок вращающихся выпрямителей и подвозбудитель (см., например, Поспелов Л.И. Конструкции авиационных электрических машин/ Под ред. А.Ф.Федосеева. - М.: Энергоиздат, 1982. -320 с., Рис. 3.17, стр.75, а также Рис. 3.19, стр.76). Общим недостатком известных конструктивных решений является завышенный аксиальный размер машины, что увеличивает ее объем, габариты, а, следовательно, ухудшает удельные энергетические показатели.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является принятый за прототип бесщеточный синхронный генератор интегральной конструкции с масляным охлаждением (см., Поспелов Л.И. Конструкции авиационных электрических машин/ Под ред. А.Ф.Федосеева. - М.: Энергоиздат, 1982. -320 с., Рис. 3.19, стр.76).
Технические задачи, на решение которых направлена заявляемая полезная модель, заключаются в снижении аксиального размера машины, уменьшении объема машины и, следовательно, улучшении ее удельных энергетических показателей.
Указанные задачи решаются за счет того, что в бесщеточном синхронном генераторе интегральной конструкции, выполненном с возможностью работы с внешним приводом,  включающем основной генератор с обмоткой якоря на статоре и обмоткой возбуждения на роторе, возбудитель с обмоткой якоря на роторе и обмоткой возбуждения на статоре, блок вращающихся полупроводниковых вентилей выпрямителя, подвозбудитель с обмоткой якоря на статоре и постоянными магнитами на роторе, а также  подшипниковый узел, подвозбудитель установлен под лобовыми частями обмотки якоря основного генератора, выполнен с внешним расположением ротора (обращенная конструкция), который прикреплен к ротору основного генератора, статор подвозбудителя установлен на щите внешнего привода,  блок вращающегося выпрямителя установлен таким образом, что основные жесткие выводы полупроводниковых вентилей направлены в сторону ротора основного генератора, а узел подшипников расположен под лобовыми частями  обмотки якоря возбудителя. Магниты ротора подвозбудителя укреплены на вращающемся ярме.
Техническим результатом использования данной полезной модели является сокращение аксиального размера машины, что приводит к уменьшению ее объема при неизменном уровне мощности. При этом улучшаются удельные энергетические показатели. Уменьшение объема машины способствует также более рациональному ее размещению  в условиях использования  на борту летательного аппарата, принимая во внимание существующие ограничения по габаритам. Улучшаются также прочностные характеристики вала.
Технический результат обеспечивается тем, что со стороны соединения с внешним приводом сокращается длина вала за счет расположения подвозбудителя под лобовыми частями обмотки якоря основного генератора. Такое размещение становится возможным вследствие выполнения подвозбудителя с внешним ротором и размещения его статора на элементе неподвижной конструкции внешнего привода. Сокращение длины вала со стороны подшипникового узла достигается за счет более рационального расположения диодов выпрямителя путем установки их таким образом, что их основные жесткие выводы оказываются повернутыми в сторону ротора основного генератора, а узел подшипников расположен под лобовыми частями  обмотки якоря возбудителя. Сокращение длины вала генератора улучшает, в свою очередь, его прочностные характеристики.
На Фиг. 1 представлена конструкция предлагаемой полезной модели генератора. Бесщеточный синхронный генератор интегральной конструкции с масляным охлаждением, выполненный с возможностью работы с внешним приводом,  включающий основной генератор с обмоткой якоря 1 на статоре и обмоткой возбуждения 2 на роторе, возбудитель с обмоткой якоря 3 на роторе и обмоткой возбуждения 4 на статоре, блок вращающихся полупроводниковых вентилей 7 выпрямителя,  подвозбудитель с обмоткой якоря 5 на статоре и постоянными магнитами 6 на роторе, подшипниковый узел 8, подвозбудитель установлен под лобовыми частями обмотки якоря 1 основного генератора, выполнен с внешним ротором, который прикреплен к обмотке возбуждения 2 основного генератора, статор подвозбудителя установлен на щите 9 внешнего привода,  блок вращающегося выпрямителя установлен таким образом, что основные жесткие выводы полупроводниковых вентилей 7 направлены в сторону ротора основного генератора, а узел подшипников 8 расположен под лобовыми частями  обмотки якоря 3 возбудителя. Магниты 6 ротора подвозбудителя укреплены на вращающемся ярме.
Особенностью конструкции генератора [1] является то, что он имеет только одну опору ротора в виде радиального шарикоподшипника. В качестве второй опоры используется подшипник вала привода, с которым вал ротора генератора сочленяется через шлицевое соединение. Блок выпрямления выполнен по трехфазной двухполупериодной схеме, и все диоды установлены на двух изолированных друг от друга радиаторах.
Генератор работает следующим образом. При вращении вала генератора от внешнего привода магниты 6 подвозбудителя наводят переменную ЭДС в обмотке якоря 5 подвозбудителя. Переменная ЭДС выпрямляется диодами, расположенными во внешнем блоке (на Фиг. 1 не показан) с целью регулирования или стабилизации выходного напряжения генератора. Выпрямленное напряжение подается на обмотку возбуждения 4 возбудителя, которая создает постоянный магнитный поток, наводящий переменную ЭДС во вращающейся обмотке якоря 3 возбудителя. Эта ЭДС выпрямляется полупроводниковыми вентилями 7 вращающегося выпрямителя, и постоянная ЭДС поступает на обмотку возбуждения 2 основного генератора. Постоянный магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения 2 возбудителя, вращаясь относительно обмотки якоря 1 основного генератора, наводит в ней переменную ЭДС требуемой частоты и напряжения.
Был проведен полный расчет генератора (основной генератор, возбудитель, подвозбудитель), а также изготовлен и испытан демонстратор синхронного генератора предложенной конструкции.
По мнению авторов, предлагаемая полезная модель генератора может быть использована в качестве магистрального источника электропитания как в устройствах наземного оборудования, так и на подвижных объектах, включая авиационно-космическую технику (особенно в случаях, когда ограничения по габаритам являются достаточно жесткими), а совокупность её существенных признаков необходима и достаточна для достижения заявляемого технического результата.
Источники информации
1. Поспелов Л.И. Конструкции авиационных электрических машин/ Под ред. А.Ф.Федосеева. - М.: Энергоиздат, 1982. -320 с.