Одноименно-полюсный индукторный генератор

Одноименно-полюсный нндукторный генератор
Полезная модель относится к индукторным генераторам, может быть использовано в качестве одноименно-полюсного индукторного генератора и может найти применение в электрооборудовании на борту двигающихся объектов.
Известен одноименно-полюсный индукторный генератор, содержащий корпус с размещенными в нем статором, установленным с возможностью вращения внутри корпуса валом с ротором, выполненным с пазами, выпрямительный блок, подключенный к обмоткам статора, обмотку возбуждения ротора и привод, кинематически связанный с валом, при этом статор выполнен в виде двух пакетов, разделенных друг от друга диамагнитным кольцом, ротор представляет собой также конструкцию из двух пакетов, причем генератор снабжен смонтированным на валу соосно с ротором и расположенным между пакетами ротора диамагнитным диском, а пакеты ротора выполнены с кольцевыми пазами, в которых размещены упомянутые обмотки возбуждения, причем последние снабжены подключенными к ним и смонтированными на валу контактными кольцами со щеточным узлом (см. Описание заявки на выдачу патента РФ на изобретение № 2000105112, кл. Н 02 К 19/20, 29/00, 2002 г.). Известное устройство является наиболее близким аналогом к заявляемому техническому рещению.
Недостатками известного устройства являются невысокие массогабаритные показатели и пульсации выпрямленного тока.
Наиболее близким к предложенному является автотракторный индукторный одноименно-полюсный однопакетный вентильный генератор с электромагнитным возбуждением со встроенными выпрямителем и полупроводниковым регулятором напряжения в котором, семифазная обмотка при числе зубцов на статоре 14, на роторе 8 по две
20o:i;3s7t
МПК 7 Н 02 К 29/00, 19/20 сосредоточенные катушки в фазе с шагом по зубцам 7, с
последовательным соединением фаз сдвинутых на одно зубцовое деление статора в замкнутый семиугольник, постоянные магниты в пазах ротора, намагниченные встречно намагничивающей силе основной обмотки возбуждения,дополнительнаяразмагничивающаяобмотка,
намагничивающая сила которой направлена встречно основной обмотке возбуждения и составляет до 5% от намагничивающей силы обмотки возбуждения, подключенная постоянно или через коммутирующий элемент регулятора напряжения к напряжению дополнительного выпрямителя, электрически изолированного от аккумуляторной батареи, причем боковая стенка корпуса состоит из двух частей, между которыми размещен статор (см. полезную модель РФ № 9807, B60L 11/00, 16.05.99)
Такая конструкция имеет недостаточную жесткость, что может привести к тому, что из-за перекоса при установке генератора на двигатель с помощью обжимающих хомутов, может возникнуть перекос статора в посадочных местах переднего и заднего подшипниковых щитов, а это приведет к заклиниванию ротора в статоре, т.е. к выходу генератора из строя.
Технический результат полезной модели заключается в ускорении возможных перекосов и улучщении, таким образом, жесткости конструкции генератора, а следовательно его надежности.
Технический результат достигается тем, что в одноименнополюсном индукторном генераторе, содержащем корпус, размещенные в нем статор, вал с ротором, между зубцами которого размещены постоянные магниты, выпрямительнный блок, соединенный с обмотками статора, обмотку возбуждения ротора, на зубцах статора размещены катущки индуктивности, соединенные последовательно по две в каждой фазе и образующие обмотки статора, корпус выполнен со сплошной боковой стенкой, на внутренней стороне которой жестко закреплен статор.
.3./
2 Причем боковая стенка корпуса предпочтительно выполнена в виде
цилиндра, на внутренней стороне которого запрессован статор.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 показан сборочный чертеж предлагаемого одноименно-полюсного индукторного генератора, на фиг.2 изображен поперечный разрез генератора по зубцовой зоне.
Одноименно-полюсный индукторный генератор содержит корпус 1, крышку 2 и 3, статор 4, катушки 5 индуктивности, ротор 6, постоянные магниты 7, расположенные в пазах ротора 6, стальной вал 8, радиальный подшипник 9, выпрямительный блок 10, коржух 11, стальную втулку 12, радиальный подшипник 13, неподвижную втулку 14, обмотку 15 возбуждения, размагничивающую обмотку 16, электрические кабели 17 и 18, связывающие выпрямительный блок 10 с электрическим частями генератора, центробежный вентилятор 19 и привод 20, представленный на фиг.1 приводным шкивом или полумуфтой, при этом в устройстве установлен с возможностью вращения внутри корпуса 1 вал 8 с ротором 6, выполненным с пазами, выпрямительный блок 10, подключенный к обмоткам статора 4 и привод 20, кинематически связанный с валом 8, привод 20 и вал 8 установлены в размещенных внутри корпуса радиальных подшипниках 9, 13 режиме посадки с натягом 4 выполнены с возможностью их расположения вне корпуса 1, ротор 6 выполнен с расположенными равномерно по его наружной поверхности зубцами и с размещенными внутри его пазов постоянными магнитами 7, обмотка 15 возбуждения ротора 6 расположена на изолирующем каркасе, размещенном на неподвижной втулке 14, которая установлена внутри корпуса 1, внутри неподвижной втулки 14 на валу 8 расположена стальная втулка 12, отделенная от неподвижной втулки 14 воздушным зазором, причем, по меньшей мере, одна размагничивающая обмотка 16 намотана поверх обмотки 15 возбуждения ротора 6, статор 4 выполнен монолитно или как одно целое с крышкой 2, 3 корпуса, содержащей отверстия для
,3/,,3,
3 прохода охлаждающего воздушного потока и щели для выхода нагретого
воздуха, и с охваченными ярмом зубцами с размещенными на них по две соединенными последовательно катушками 5 индуктивности, образующими обмотки статора 4, соответствующие электрическим фазам, сдвинутым друг относительно друга на заданный электрический угол, определяемый количеством и расположением зубцов на статоре 4 и роторе 6, на валу 8 вне корпуса 1 и перед приводом 20 расположен центробежный вентилятор 19, установленный с возможностью в процессе его функционирования охлаждения корпуса 1, выпрямительный блок 10 закрыт пластмассовым кожухом 11, выполненным с сеткой для забора воздуха, боковая стенка корпуса, отделяющая внутренние объемы корпуса и кожуха 11, выполнена с отверстиями для прохода воздуха, щели в крышке 2, 3 корпуса 1 для выхода нагретого воздуха расположены над лобовыми частями катушек 5 индуктивности статора 4, при этом выводы обмотки 15 возбуждения и, по меньшей мере, одной размагничивающей обмотки 16 электрически соединены с дополнительными выводами выпрямительного блока 10, Выпрямительный блок 10 имеет последовательно соединенный, по меньшей мере, один диодный выпрямитель, по меньшей мере, один узел электрических выводов и соединений и, по меньшей мере, один регулятор напряжения, выводы которого являются выводами выпрямительного блока 10. Пазы, в которых размещены постоянные магниты 7 ротора 6 из феррита бария или стронция, выполнены, по меньшей мере, с одним углублением в стенках, являющимся зацепой для пластмассовой арматуры, которой залиты постоянные магниты 7, направление намагниченности которых противоположно направлению намагниченности обмотки возбуждения.
Статор 4 представляет собой пакет из стальных пластин, наружный диаметр которых 160 мм, внутренний диаметр - 134мм, с торцев расположены посадочные поверхности под запрессовку в крышке 2, 3. Содержит 14 зубцов (фиг.2), охваченных ярмом. Стенки зубцов
/.
4 параллельны. Пакет скреплен в зубцах заклепками илн рельефной сваркой,
для чего в пластинах могут быть выдавки определенного профиля.
На зубцах статора расположены катушки 5 индуктивности (фиг.2), образующие семифазную обмотку. При 8 зубцах на роторе 6 электрический угол сдвига между соседними катушками 5 (зубцами) на статоре 4 равен 8/14  4/7 от полного угла (360 эл. гр.). В каждой фазе соединены последовательно 2 катушки 5 индуктивности с шагом соединения по зубцам (катушкам) Т.Обмотки четных фаз уложены таким образом, что их начала и концы противоположны одноименным выводам нечетных фаз. Шаг соединений между фазами в семиугольник - 1 зубцовое деление, т. е. последовательно соединенные фазы сдвинуты друг относительно друга на эл. угол 4/7 от полного угла.
Пакет ротора 6 (фиг.1) составлен из пластин - скрепленных заклепками или рельефной сваркой. На роторе 6 расположено 8 зубцов равномерно по окружности. Средняя величина одностороннего воздушного зазора между зубцами статора 4 и ротора 6 оставляет 0,35 мм.
В пазах ротора 6 расположены постоянные магниты 7 из феррита бария или стронция. Магниты 7 залиты пластмассой, в стенках пазов имеются углубления, которые являются зацепами для пластмассовой арматуры. Может быть установлена добавочная арматура в виде ленты из немагнитной стали, окружающей постоянный магнит 7 и закрепленная в ласточкином хвосту на дне паза (эти детали на чертеже не показаны). Направление намагниченности постоянных магнитов 7 противоположно направлению намагниченности обмотки 15 возбуждения. Магнитный поток магнитов 7 уменьшает поток возбуждения в области паза и увеличивает его в зубце, разгружая магнитную систему возбуждения и увеличивая ЭДС катушек.
Пакет ротора 6 имеет внутреннее отверстие и посажен на стальной вал 8 по посадке с натягом. Вал 8 установлен в радиальных подшипниках 9 и 13.
../
5
Со стороны, противоположной приводу 20, расположена крышка (подшипниковый ш;ит) из алюминиевого сплава, в которой смонтирован подшипниковый узел и имеется посадочная поверхность (выточка) для погадки статора 4. Крышка 2, 3 состоит из несуш;ей радиальной стенки, в которой расположена посадочная поверхность под подшипник, и цилиндрических частей, охватывающих две полости внутри и снаружи генератора. Цилиндрическая часть внутри генератора охватывает лобовые части обмоток. Полость снаружи генератора служит для забора воздуха и заключает в себе монтажные провода и стойки для крепления выпрямительного блока 10, регулятора напряжения (на чертеже не показан) и деталей узла электрических выводов и соединений (не обозначены). Крышка 2, 3 содержит отверстия в радиальной перегородке для прохода охлаждающего воздушного потока и монтажных проводов, а также щели по цилиндрической части со стороны внутренней полости генератора для выхода нагретого воздуха.
Снаружи выпрямительный блок 10 закрыт пластмассовым кожухом 11, содержащим отверстия для выводных болтов и сетку для забора воздуха.
На валу ротора 6 со стороны обмотки 15 возбуждения установлена магнито-мягкая стальная втулка 12, через поперечное сечение которой замыкается осевой магнитный поток возбуждения.
В эту втулку 12 магнитный поток поступает через воздушный зазор со втулки 14, которая вместе с фланцем представляет собой переходной элемент магнитной цепи и одновременно является жестким каркасом обмотки 15 возбуждения.
Обмотка 15 возбуждения наматывается на изолирующий тонкий пластмассовый каркас непосредственно на втулке 12 - магнитопроводе. Оба конца обмотки 15 возбуждения выводятся на стойки на каркасе, соединяются с монтажными проводами и выводятся через пазы статора 4 на схему регулирования напряжения выпрямительного блока 10. Обмотка
. возбуждения запитывается от блока 10. Поверх обмотки 15
возбуждения расположена размагничивающая обмотка 16, направление включения которой противоположно направлению включения обмотки 15 возбуждения .Обмотка 16 также запитывается от блока 10.
Максимальное значение намагничивающей силы размагничивающей обмотки 16 не более 5% от намагничивающей силы обмотки 15 возбуждения.
Стальная крьшка 3 - магнитопровод состоит из цилиндрической части (труба) и торцевой, составленной из двух пластин. В торцевой части имеются отверстия для забора воздуха. Цилиндрическая часть содержит посадочные поверхности для посадки статора 4 и торцевой части. Обе части крышки 2, 3 скреплены сваркой. На торцевой части имеется выточка для фиксации фланца переходного магнитопровода, который крепится на ней болтовым соединением. По стальной крышке 2, 3 передается магнитный поток со статора 4 на переходный магнитопровод.
На валу 8 за стальной крышкой 2, 3 расположен центробежный вентилятор 19, который имеет два ряда разнесенных по высоте лопаток. Нижний (ближний к оси) ряд через отверстия во фланце вентилятора 19 забирает из окружающего пространства воздух для охлажденр1я подшипникового щита. Верхний (наружный) ряд лопаток выводит нагретый воздух из отверстия в торцевой части стальной крышки 2, 3 генератора в окружающее пространство.
Привод (приводной шкив или полумуфта) 20 устанавливается на посадочное место на валу и фиксируется шпонкой. Размеры и конструкция этой детали для различных модификаций генератора различны, определяются требованиями стыковки с соответствующим ДВС, на котором установлен генератор.
Устройство функционирует следующим образом.
.. 1 фиг.1 является источником магнитного поля возбуждения. Поток
возбуждения замыкается по магнитной цепи, образованной следующими последовательно соединенными элементами: статор 4, воздушный зазор между статором 4 и пакетом ротора 6, пакет ротора 6, втулка 12 на валу 8 и сам вал 8 , воздушный зазор между втулкой 12, неподвижная втулка 14, стальная крышка 3, статор 4.
Распределение магнитного потока в активной зоне (фиг. 1, разрез АА) определяется угловым положением пакета ротора 6 относительно пакета статора 4. В тех из зубцов статора 4, против которых находятся зубцы ротора 6, поток максимален или близок к максимальному значению, в зубцах статора 4, находящихся над пазами ротора 6, поток минимален или близок к минимальному значению. При вращении ротора 6 магнитные потоки на зубцах статора 4 периодически изменяются от максимального до минимального значения и в катушках 5 индуктивности, расположенных на зубцах, наводятся ЭДС. Сдвиг по фазе основных гармоник ЭДС между соседними катушками 5, соответственно, 4/7 периода. Одна фаза состоит из двух последовательно соединенных катушек 5 индуктивности, отстоящих на 7 зубцовых делений статора 4 друг от друга. ЭДС в них совпадают по фазе. Постоянные магниты 7 расположенные в пазах ротора 6 создают поле, направленное встречно полю возбуждения, уменьшают магнитный поток через паз ротора 6 и, соответственно, минимальное значение магнитного потока в зубце статора 4. При этом увеличивается пульсация потока в зубцах статора 4 и наводимая ЭДС. Магнитный поток постоянных магнитов 7 уменьшает поток возбуждения и разгружает магнигопровод системы возбуждения. Поле постоянных магнитов 7 наводит ЭДС и при отсутствии тока в обмотке 15 возбуждения, что обеспечивает процесс самовозбуждения.
Схема соединения фазовых обмоток между собой и с выпрямительным блоком 10 на чертеже не показана. Принцип совместного функционирования выпрямительного блока 10 и упомянутой схемы
/33.
8 заключается в следующем. Все сформированные с использованием
катушек 5 индуктивности обмотки соединены между собой последовательно в семиугольник. Между двумя последовательно соединенными обмотками имеется сдвиг по фазе. Шаг соединения равен одному зубцовому делению, для чего четные фазные обмотки при укладке перевернуты относительно нечетных, т.е. начала нечетных обмоток находятся рядом с концами четных обмоток и наоборот. Из точек соединения обмоток выведены линейные провода. К каждому из линейных проводов подсоединены диоды. Функционально и конструктивно все диоды входят в диодный выпрямитель. При этом электропитание обмотки 15 возбуждения исключает появление в ней тока при неработающем генераторе. Размагничивающая обмотка 16 не препятствует процессу самовозбуждения, поскольку ток в ней может появиться также одновременно с током возбуждения.
Режим работы генератора (частота вращения вала и ток нагрузки) изменяется. В некоторых из режимов, напряжение на нагрузке может превысить заданные (номинальные) значения. По меньшей мере, один регулятор напряжения путем изменения соотношения между открытыми и закрытыми состояниями своих элементов изменяет среднее значение тока в обмотке 15 возбуждения таким образом, что напряжение остается в заданных пределах. При высокой частоте вращения вала и небольшой нагрузке может наступить предел регулирования, когда ток возбуждения равен нулю, а напряжение, определяемое ЭДС магнитов 7, превышает заданный предел. Для исключения этого аварийного режима и применена размагничивающая обмотка 16, которая при напряжении близком к критическому имеет намагничивающую силу (ПС), компенсирующую ЭДС магнитов. Эта намагничивающая сила направлена согласно ПС магнитов 7, она вызывает в зубцах ротора 6 магнитный поток, направленный согласно с магнитным потоком через магниты 7 и примерно равный последнему. Вследствие этого уменьшается пульсация магнитного
. 9 потока в зубцах статора 4, вызванная магнитами 7, и, соответственно, ЭДС
в катушках.
Охлаждение основных узлов и деталей, выделяющих тепло (обмотки статора 4 и возбуждения 15, железо статора 4 и ротора 6 выпрямительный блок 10 подшипники 9 и 13 осуш;ествляется потоком воздуха, протягиваемого через внутренние полости машины с помощью центробежного вентилятора 19. Вентилятор 19 установлен на валу 8 за торцем крышки со стороны привода 20, имеет два ряда разнесенных по диаметру лопаток. Внутренний ряд лопаток создает поток воздуха, омывающий подшипниковый щит забор воздуха осуществляется через отверстия во фланце вентилятора 19. Наружный ряд лопаток создает зону низкого давления у выхода отверстий в крышке генератора, вследствие чего через эти отверстия осуществляется вывод нагретого воздуха из внутренней полости генератора в окружающую среду.
В перегородке крышки 2, 3 имеется второй ряд отверстии на уровне пазов статора 4, через которые пропущены монтажные провода, а также поступает охлаждающий воздух. Этот поток омывает статорные обмотки, поверхность зубцов статора 4 и наружную поверхность ротора 6. Он отводит тепло с наружной поверхности обмотки возбуждения и выводится через отверстия в стальной крыщке в зону разряжения вентилятора 19. Наружный воздух поступает в генератор через отверстия в виде сетки в кожухе 11 со стороны противоположной приводу 20, охлаждает выпрямительный блок 10 и поступает во внещнюю полость крыщки 2, 3.
Предложенный генератор имеет высокие массогабаритные показатели и низкие пульсации выпрямленного тока.
10