Устройство электрических машин: Принцип действия и устройство электрических машин переменного тока. Синхронные машины

Принцип действия и устройство электрических машин переменного тока. Синхронные машины

Машины переменного тока по устройству несколько отличаются от машин постоянного тока. Каждая машина состоит из двух основных частей: неподвижной части, называемой статором, и вращающейся части, называемой ротором. В отличие от машин постоянного тока, у машин переменного тока на статоре обычно укладывают обмотку якоря, а на роторе — обмотку возбуждения. Вместо коллектора на роторе имеются изолированные кольца, по которым ток проводится в обмотку возбуждения.

Синхронными называют такие машины переменного тока, у которых скорость вращения ротора и частота переменного тока в обмотках изменяются одновременно и пропорционально друг другу, т. е. синхронно. С изменением частоты тока у таких машин одновременно (синхронно) меняется число оборотов.

Как правило, у синхронных машин по обмотке возбуждения проходит постоянный ток от постороннего источника.

Синхронные машины обратимы, т.е. могут работать в качестве генераторов и электродвигателей. Конструкция синхронного двигателя почти не отличается от конструкции синхронного генератора.

Так как на судах морского флота сети переменного тока питаются от трехфазных синхронных генераторов, то остановимся на их устройстве и принципе работы.

Обмотка якоря трехфазного синхронного генератора располагается в статоре и состоит из трех отдельных обмоток — фаз, сдвинутых относительно друг друга на 120° (1/3 периода) с таким расчетом, чтобы индуктируемая э.д.с. в каждой фазе достигала своего максимума спустя 1/3 периода после максимума э.д.с. соседней фазы. Обмотку возбуждения укладывают на роторе и источником питания для нее может быть небольшой генератор постоянного тока (возбудитель), смонтированный на одном валу с синхронным генератором, или аккумуляторная батарея.

Обмотки статора соединяются между собой звездой или треугольником, при этом во внешнюю цепь от обмоток статора отходят три провода (три контакта).

Продольный разрез синхронного генератора трехфазного переменного тока с возбудителем показан на рис. 172.

Ротор состоит из сердечников полюсов 1, катушки обмотки возбуждения 2, питаемого постоянным током через контактные кольца 5. Статор состоит из активной стали якоря 3, служащей магнитопроводом, и станины 6, служащей для крепления стали якоря и установки машины на фундамент. Активная сталь якоря набирается из листов специальной стали толщиной 0,5 или 0,35 мм. Листы изолируются с обеих сторон специальным лаком. Обмотка 4 укладывается в пазах, выштампованных в стали статора.

На рис. 173, а показано размещение трехфазной обмотки статора (на одной четвертой его части), а на схемах б и в — соединение обмотки статора в треугольник и в звезду. При соединении в треугольник начало первой фазы I соединяется с концом II, начало II — с концом III и начало III — с концом I.

При соединении обмоток статора звездой концы всех фаз соединяются в одну точку, называемую нулевой, а начала всех фаз остаются свободными и к ним присоединяется внешняя цепь, в которую подается вырабатываемая генератором электрическая энергия.

Синхронные трехфазные генераторы являются в настоящее время основными источниками электрической энергии как на береговых, так и на судовых электрических станциях любой мощности. За последние годы на морских судах получили широкое распространение синхронные генераторы, у которых обмотка возбуждения питается током статора, предварительно выпрямленным с помощью выпрямителей. При этом схема возбуждения этих машин обеспечивает такое изменение тока возбуждения, при котором напряжение на клеммах генератора поддерживается практически постоянным. Такие генераторы называются синхронными генераторами с самовозбуждением и саморегулированием напряжения.

Конструкция синхронного двигателя принципиально не отличается от конструкции синхронного генератора. Для того чтобы синхронный генератор работал в режиме двигателя, нужно отключить первичный двигатель и к фазным обмоткам статора подвести трехфазный ток из сети.

В этом случае генератор станет синхронным Электродвигателем, потребляющим ток. Проходя по фазным обмоткам, переменный трехфазный ток создает вращающееся магнитное поле, которое, взаимодействуя с электромагнитом ротора, увлекает его в сторону своего вращения. В результате ротор будет вращаться с такой же скоростью, как вращающееся магнитное поле. При этом генератор не остановится, даже если дать ему нагрузку, соединив с каким-нибудь механизмом. В этом и заключается сущность работы синхронного электродвигателя.

Регулирование скорости вращения ротора синхронного двигателя производится изменением частоты тока сети, а изменение направления вращения ротора — переключением двух любых фаз, т.е. взаимным пересоединением двух питающих проводов.

Похожие статьи

Вопросы: Электрические машины | ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

1. Что такое генератор?
2. Что такое электродвигатель?
3. Что такое электромашинный преобразователь?
4. Каков принцип действия электрических машин?
5. От каких параметров зависит ЭДС, наводимая в проводнике?
6. Запишите уравнение электрического состояния.
7. Сформулируйте принцип обратимости электрических машин.
8. Сформулируйте необходимые условия работы электрической машины.
9. Как обеспечить увеличение электромагнитной силы?
10. Из каких основных частей состоит электрическая машина?
11. Сформулируйте обязательное условие преобразование энергии в электрических машинах.
12. Какими способами реализуются условия неподвижности магнитных полей ротора и статора? (подробно)
13. Поясните разницу между коллекторными и бесколлекторными машинами.
14. Что такое якорная обмотка?
15. Что такое якорь?
16. Расскажите о особенностях использования якорной обмотки в различных типах электрических машин.
17. Что такое коллектор?
18. Поясните особенности работы синхронного и асинхронного электродвигателей.
19. Устройство электрической машины постоянного тока. (УГО)
20. Устройство синхронной электрической машины. (УГО)
21. Устройство асинхронной электрической машины. (УГО)II Расскажите о назначении генераторов.
22. Каковы способы возбуждения основного поля в генераторах постоянного тока?
23. Расскажите о генераторах переменного тока.
24. Расскажите об электромашинных преобразователях.III Что такое электрический двигатель?
25. Назначение электрических двигателей.
26. Перечислите основные требования к электрическим двигателям.
27. Основные типы электрических двигателей?
28. Область применения двигателей постоянного тока?
29. Основные преимущества двигателей постоянного тока?
30. Достоинства и недостатки синхронных электродвигателей?
31. Классификация асинхронных электродвигателей?
32. Особенности пуска АЭД?
33. Способы изменения частоты вращения ротора АЭД?
34. Особенности работы однофазных АЭД?

Автор — MiG

Принцип действия и устройство электрических машин постоянного тока

Лабораторно — практическая работа №9

Тема : Принцип действия и устройство электрических машин постоянного тока

Цели: Ознакомиться с особенностями применения, устройством и принципом действия электрических машин постоянного тока. Изучить, каким образом производится регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока независимого и параллельного возбуждения

Теоретическая часть: Работа любой электрической машины (генератора или двигателя постоянного и переменного тока) характеризуется взаимодействием двух направленных навстречу друг другу вращающих моментов, один из которых создаётся механическими, а другой — электрическими силами. Кроме тока, работа двигателя и генератора характеризуется взаимодействием напряжения сети и

ЭДС, возникающей в обмотке якоря.
Машина работает в режиме генератора, если её вращает первичный двигатель (турбина или двигатель внутреннего сгорания), главное магнитное поле возбуждено. Вследствие этого вращения изменяется магнитный поток, пронизывающий витки обмотки якоря. Цепь якоря соединена через щётки с приёмником. При таких условиях ЭДС, индуцируемая в обмотке якоря, создает в якоре и приёмнике ток.
Взаимодействие тока якоря с главным магнитным полем создаёт на валу машины тормозной момент, который преодолевается первичным двигателем. Генератор преобразует механическую энергию в электрическую.

В двигательном режиме цепи якоря и возбуждения машины присоединены к источнику электроэнергии. Взаимодействие тока якоря с главным магнитным полем создаёт вращающий момент, под действием которого вращающийся якорь преодолевает момент нагрузки на валу машины. Двигатель преобразует электрическую энергию в механическую(мощность P₁), а затем в механическую мощность вращения якоря (P₂): Р₁ = Е*I_я; Р₂ = 2*π*М*n.

Где M — вращающий момент, действующий на сердечник якоря; n — частота вращения; π≈3,14.
Важнейший классифицированный признак машин постоянного тока — способ возбуждения главного магнитного поля. Один из способов предусматривает использование постоянных магнитов на полюсах машины. Во многих современных машинах главное магнитное поле возбуждается с помощью электромагнитов. Для этого применяется обмотка возбуждения с током возбуждения, размещённая на сердечниках полюсов машины.

Все рабочие характеристики машин постоянного тока при работе, как в режиме генератора, так и в режиме двигателя, зависят от способа включения цепи возбуждения по отношению к цепи якоря. Соединение этих цепей может быть параллельным, последовательным и смешанным, а также эти цепи могут быть независимы друг от друга, в соответствии с чем принято различать параллельное, последовательное, смешанное и независимое возбуждение машин.

Оборудование и аппаратура: амперметр, вольтметр, двигатель постоянного тока, источник тока, лампочка

Порядок выполнения:

1. Ознакомиться с материалом и формулами для вычисления

2.Выбрать преимущества коллекторных машин постоянного тока и бесколлекторных машин переменного тока

3. Указать деталь, которая входит в устройство машины постоянного тока

4. Изучить работу согласно схемы и выбрать правильные утверждения

5. Выбрать виды обмоток якоря машин постоянного тока

6. Расчет сил, действующих на проводник в магнитном поле

Содержание отчета :

1. Наименование отчета?

2. Заполнение таблиц?

3. Вычисления расчета сил.

Контрольные вопросы:

1. Опишите устройство машины постоянного тока?

2. Чем принципиально отличаются генератор постоянного тока и электродвигатель постоянного тока?

3. Какие недостатки имеют электрические машины постоянного тока?

Ответы на ЛПЗ № 9

ТЕМА: Лабораторно-практическая работа №9 «Принцип действия и устройство электрических машин постоянного тока»

Цели урока:

Образовательная: Ознакомиться с особенностями применения, устройством и принципом действия электрических машин постоянного тока. Изучить, каким образом производится регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока независимого и параллельного возбуждения.

Воспитательная: сформировать интерес к уроку

Развивающая: развить самостоятельность, логическое мышление

Форма урока: индивидуальная

Оборудование: раздаточный материал, ПК, доска, учебное пособие

План урока:

1. Орг.момент – 5 мин

2. Цель работы-5мин

3. Ознакомится с материалом и формулами для вычисления -3мин

4. Выбрать преимущества коллекторных машин постоянного тока и бесколлекторных машин переменного тока-5 мин

5. Указать деталь, которая входит в устройство машины постоянного тока-17 мин

6. Зарядка- 5 мин

7. Изучить работу согласно схеме и выбрать правильное утверждения- 15 мин

8.Выбрать виды обмоток якоря машин постоянного тока. Расчет сил, действующих на проводник в магнитном поле- 15 мин

9. Д/з – 2 мин

10. Итог урока-3 мин

Область применения и устройство электрических машин постоянного тока

Электротехника Область применения и устройство электрических машин постоянного тока

просмотров — 321

Тема 7. Электрические машины постоянного тока

Навигационных комплексов

Тема 7. Электрические машины постоянного тока

Основы электротехники и электроники

ЛЕКЦИЯ № 8

по дисциплинœе

для студентов направления подготовки (специальности) 162300

	Должность, уч. степень	Фамилия/ Подпись	Дата
Разработал	Доцент кафедры	Кивокурцев А.Л.	02.09.2012 ᴦ.

Иркутский филиал МГТУ ГА

кафедра Авиационных электросистем и пилотажно-

Лекция № 8

По дисциплинœе Основы электротехники и электроники

Тема лекции: Электрические машины постоянного тока (2 часа)

СОДЕРЖАНИЕ

Раздел 2. Электромагнитные устройства и электрические машины

7.1. Область применения и устройство электрических машин постоянного тока

7.2. Способы возбуждения магнитного потока машин постоянного тока

7.3. Назначение и принцип работы генераторов постоянного тока

7.4. Эксплуатационные характеристики генераторов постоянного тока (характеристика ХХ, внешняя и регулировочная характеристики)

7. 5. Назначение и принцип работы двигателœей постоянного тока

7.6. Пуск и механические характеристики двигателя постоянного тока

7.7. Преобразование энергии и КПД машины постоянного тока(МПТ)

7.8. Коммутация в машинах постоянного тока

7.9.Особенности эксплуатации авиационных электрических машин постоянного тока

ЛИТЕРАТУРА

[3] Дроздов В.В. Общая электротехника и электроника. Часть1. Общая электротехника. М., МГТУ ГА, 2004 ᴦ. с. 47…66.

[8] Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. М., «Академия», 2007 ᴦ. с. 371…407.

НАГЛЯДНЫЕ ПОСОБИЯ, ПРИЛОЖЕНИЯ, ТСО

1. Мультимедийная установка

Раздел 3. Электромагнитные устройства и электрические машины

Тема 7. Электрические машины постоянного тока

Электрические машины постоянного тока (МПТ) широко применяются на ВС ГА в качестве источников электроэнергии (генераторов) и двигателœей. Генераторы постоянного тока применяются на ближнемагистральных самолетах и самолетах местных воздушных линий (Як-40, Ан-24), вертолетах Ми-8Т, Ми-8ТВ, двигатели постоянного тока применяются в составе электропривода электромеханизмов различных систем

Устройство электрической машины постоянного тока.

Любая электрическая машина постоянного тока обратима, ᴛ.ᴇ. может работать и в качестве генератора, и в качестве двигателя. Свойство обратимости используется в стартер генераторах, которые в режиме двигателя используются для запуска (раскрутки ротора) авиационного двигателя, а затем, когда двигатель запустится и наберет обороты, переходит в режим генератора, ᴛ.ᴇ. обеспечивает электроэнергией потребители.

Поскольку машины обратимы, то их устройство, в общем, одинаково. В общем случае электрическая машина состоит из неподвижной части, называемой статором, и подвижной части – ротора.

Статор состоит из корпуса 1, к которому болтами крепятся полюса 2. Корпус выполнен из динамной стали. Полюса бывают изготовлены из постоянных магнитов или набраны из листов электротехнической стали, и заканчиваются полюсными наконечниками 3, форма которых определяет распределœение магнитной индукции в воздушном зазоре 4. В последнем случае на полюса из медной изолированной проволоки наматывается обмотка 5, которая принято называть обмоткой возбуждения. В электрической машинœе может быть 2, 4, 6 и т.д. четное число полюсов. Расстояние (угол) между сосœедними полюсами принято называть полюсным расстоянием(углом).

Постоянные магниты или обмотка возбуждения предназначены для создания магнитного потока в электрической машинœе.

Рис.1

Та часть электрической машины, которая создает основной магнитный поток, принято называть индуктором. В данном случае индуктором является статор электрической машины. Но индуктором может быть и ротор, если обмотка возбуждения расположена на роторе.

Устройство ротора машины постоянного тока.

Рис. 2

Ротор машины постоянного тока состоит из вала 1. На вал запрессовывается сердечник 2, набранный из штампованных, изолированных друг от друга пластин электромеханической стали 3. В пазы пластин 4 укладываются провода обмотки ротора 5. Витки укладываются так, чтобы угол между сторонами одной рамки был равен полюсному расстоянию, и соединяются между собой по определœенной схеме. Обмотка ротора изолирована от пазов и крепится в них специальными клиньями. В любых частях (выступающих за пределы сердечника) обмотка закрепляется бандажами.

На валу ротора помещается также цилиндрический коллектор 6, электрически изолированный от вала. Коллектор состоит из клиновидных изолированных друг от друга медных пластин (ламелœей) 7. К выступам ламелœей припаиваются определœенные концы проводников ротора. Пластины коллектора тщательно шлифуются и к ней плотно притираются угольные или графитовые щетки 8. Щетки устанавливаются неподвижно на статоре в специальных щеткодержателях. Для более плотного контакта в щеткодержателях имеются нажимные пружины.

Через щеточно-коллекторный узел обеспечивается передача электрической энергии между неподвижной и вращающимся ротором.

Та часть электрической машины, с которой снимается (для генераторов) или подводится (для двигателœей) напряжение принято называть якорем, обмотку, расположенную на нем, обмоткой якоря.

В данном случае якорем является ротор, и на нем расположена обмотка якоря.

Весь ротор на подшипниках крепится внутри статора. Для охлаждения электрической машины в корпусе имеются продольные вентиляционные каналы, а на валу ротора устанавливается вентилятор.

Читайте также

— Область применения и устройство электрических машин постоянного тока

Область применения: МПТ применяются в качестве источников электроэнергии (генераторов) и двигателей. Генераторы постоянного тока применяются на ближнемагистральных самолетах и самолетах местных воздушных линий (Як-40, Ан-24), вертолетах Ми-8Т, Ми-8ТВ, Двигатели… [читать подробенее]

— Область применения и устройство электрических машин постоянного тока

Область применения: МПТ применяются в качестве источников электроэнергии (генераторов) и двигателей. Генераторы постоянного тока применяются на ближнемагистральных самолетах и самолетах местных воздушных линий (Як-40, Ан-24), вертолетах Ми-8Т, Ми-8ТВ, Двигатели. .. [читать подробенее]

— Область применения и устройство электрических машин постоянного тока

Тема 7. Электрические машины постоянного тока Навигационных комплексов Тема 7. Электрические машины постоянного тока Основы электротехники и электроники ЛЕКЦИЯ № 8 по дисциплине для студентов направления подготовки (специальности) 162300   … [читать подробенее]

Электрические машины переменного тока » особенности и работа переменных электромашин.

Из самого названия понятно, что отличительной особенностью данного рода электрических машин является то, что они функционируют на переменном токе. Если при постоянном токе электрические заряженные частицы перемещаются только в одном направлении, и могут в определённом диапазоне менять свою интенсивность (величина разности потенциалов, напряжение), то у переменного тока появляются новые характеристики — такие как частота, её форма и т. д. Что естественным образом влияет на непосредственную конструкцию и принцип действия электрической машины. В статье разберём основные особенности и работу электрических машин переменного тока.

Электромашины переменного тока представляют собой электротехнические устройства, которые являются своеобразными преобразователями электрической энергии, в основе принципа действия которых лежат силы Лоренца и явление электромагнитной индукции, работающие на переменном токе. К таким электромашинам относятся много разновидностей — электродвигатели, электрогенераторы, сельсины, трансформаторы. Итак, двигатели и генераторы по принципу действия разделяются на синхронные и асинхронные. Что бы было ясно дальнейшее объяснение хочу сказать о следующем.

Главной особенностью электрических машин переменного тока, что электрическую энергию преобразуют в механическую или наоборот, является взаимодействие магнитных полей, одно из которых является вращающимся, динамическим (получаемое в силу работы переменного тока — циклические изменения силы тока и напряжения, как по величине, так и по полюсам), а другое поле в определённом смысле статическое, постоянное. Следовательно, для получения движения ротора движущееся магнитное поле должно действовать на постоянное поле, что и порождает механическое движение вала машины. Это ближе к электродвигателям, у генераторов работа проходит по иному принципу. Есть два различных принципа работы переменных электромашин (двигателей и генераторов) — синхронные и асинхронный.

Общий принцип работы асинхронной электрической машины переменного тока заключается в следующем. Разберём классический вариант трёхфазника. Имеются на статоре три обмотки, к которым подключают три электрические фазы. Из электротехники известно, что трёхфазный ток представляет собой циклическое изменение величин тока и напряжения плавно перетекающее по кругу (обычная плавно меняющаяся синусоида). То есть, максимум электрической мощности плавно переходит из одной точки, обмотки в другую, естественно на противоположной стороне круга будет минимум мощности. Так вот при подачи трёхфазного напряжения на три обмотки статора асинхронного электродвигателя мы имеем вращающееся магнитное поле, частота которой равна 50 Гц (стандартная производственная частота).

Из электрофизики также известно, что при помещении электрического проводника в переменное магнитное поле на его концах появляется разность потенциалов, а если его замкнут (соединить концы), потечёт ток, который образует вокруг себя своё магнитное поле. Вот это и используется в асинхронных электрических машинах. Внутри машины расположен короткозамкнутый ротор (является упрощённой обмоткой). Во вращающемся магнитном поле на нём наводится ЭДС и у него появляется собственное магнитное поле, что и отталкивается от поля статора. Учтите, что поле на короткозамкнутом роторе может возникнуть только в силу некоторого отставания одного поля от другого, по этому и называются эти машины асинхронными.

У синхронных машин подобного отставания нет. Там поле индуктора (статического, постоянного магнитного поля) как бы цепляется за вращающееся поле якоря (подвижное, динамическое поле), что и ведёт к синхронной работе магнитных полей. Если в асинхронниках статическое поле является следствием работы динамического, то в синхронниках в определённом смысле причины появления вращающегося полями и поля статического независимы друг от друга, но их взаимодействие и позволяет осуществлять работу электрической машины переменного тока.

P.S. О конкретных электромашинах и их работе мы поговорим в более развёрнутой форме и других статьях, а это был общий обзор и поверхностное ознакомление с темой электрических машин переменного тока.

Осин И. Л., Антонов М. В. Устройство и производство электрических машин малой мощности: Учеб. пособие для СПТУ.— М.: Высш. шк, 1988. — 215 с: ил. :: Библиотека технической литературы

В книге рассмотрены основные конструкции электрических машин mалой мощности: силовых, исполнительных, информационных. Описан принцип действия микромашин, применяемых в бытовой технике и автоматических устройствах. Рассмотрены технологические процессы производстьа электрических машин малой мощности.
Учебное пособие также может быть использовано при профессиональном обучении рабочих на производстве.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие. 3
Введение 4
§ 1. Классификации электрических машин налой мощности . 4
§ 2. Основные законы, правила и определения в электротехнике 4
§ 3. Материалы, применяемые в электрических машинах малой мощности 14
Раздел первый. Устройство и принцип действия электрических машни малой мощности 18
Глава 1. Трехфазные асинхронные микродвигатели . 18
§ 4. Общие сведения. 18
§ 5. Устройство трехфазных асинхронных микродвигателей . 19
§ 6. Трехфазные обмотки статора 23
§ 7. Магнитное поле трехфазной обмотки. 25
§ 8. Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя 28
§ 9. Рабочие и механические характеристики 29
Глава 11. Однофазные асинхронные микродвигатели. 33
§ 10. Общие сведения. 33
§ 11. Асинхронные двигатели с пусковыми элементами 35
§ 12. Конденсаторные асинхронные двигатели 37
§ 13. Универсальные асинхронные двигатели. 39
§ 14. Асинхронные двигатели с экранированными полюсами 40
Глава 111. Синхронные микродвигатели. 43
§ 15. Общие сведения. 43
§ 16. Синхронные двигатели с постоянными магнитами 44
§ 17. Синхронные реактивные двигатели 48
§ 18. Синхронные гистерезисные двигатели 51
Глава IV. Коллекторные микродвигатели 54
§ 19. Общие сведения. 54
§ 20. Устройство микродвигателей постоянного тока 56
§ 21. Принцип действия двигателей постоянного тока. 61
§ 22. Коллекторные микродвигатели переменного тока 64
Глава V. Исполнительные двигатели автоматических устройств 65
§ 23. Общие сведения. 65
§ 24. Асинхронные исполнительные двигатели. 66
§ 25. Исполнительные двигатели постоянного тока. 71
§ 26. Шаговые исполнительные двигатели 73
Глава VI. Тахогеиераторы. 75
§ 27. Общие сведения. 75
§ 28. Асинхронный тахогенератор 76
§ 29. Синхронный тахогенератор 79
§ 30. Тахогенератор постоянного тока. 80
Глава VII. Поворотные трансформаторы ’83
§ 31. Общие сведения 83
§ 32. Устройство поворотных трансформаторов 84
§ 33. Принцип ‘действия поворотных трансформаторов 86
Глава VIII. Электрические машины синхронной связи. Сельсины . 90
§ 34. Общие сведения. 90
§ 35. Устройство сельсинов 91
§ 36. Принцип действия сельсинов в индикаторном режиме . 96
§ 37. Принцип действия сельсинов в трансформаторном режиме . 98
Глава IX, Испытание электрических микромашин 100
§ 38. Общие сведения. 100
§ 39. Измерение электрических величин 101
§ 40. Измерение вращающих моментов ЮЗ
§ 41. Измерение частоты вращения. 106
Раздел второй. Производство машин малой мощности 109
Глава X, Общие сведения о технологическом процессе. 109
§ 42. Определения и основные понятия 109
§ 43. Технологическая последовательность операций при изготовлении электрических машин. ПО
§ 44, Типы производств и методы работы . 113
§ 45. Технологическая документация. 114
Глава XI. Получение заготовок. 116
§ 46. Литье цветных сплавов. 116
§ 47. Получение деталей прессованием и литьем пластмасс . 120
§ 48. Получение деталей прессованием металлопорошков 124
Глава XII. Технология штамповки 126
§ 49. Краткая характеристика некоторых холодноштамповочных операций. 126
§ 50. Штамповка электротехнической стали. 128
§ 51. Штамповка конструкционных деталей. 132
Глава XIII. Сборка сердечников статора и ротора 134
§ 52. Требования, предъявляемые к сердечникам 134
§ 53. Подготовка листов к сборке. 135
| 54. Дозирование сердечников статора и ротора 136
§ 55. Скрепление сердечников статора и ротора 138
§ 56. Механизация сборки сердечников статора и ротора . 140
Глава XIV. Механическая обработка. 142
§ 57. Механическая обработка деталей электрических машин общего назначения 142
5 58. Механическая обработка деталей электрических машин автоматических устройств. 145
Глава XV. Технология изготовления коллекторов 147
§ 59. Общие сведения. 147
§ 60. Технология изготовления коллекторов с кольцом из отдельных пластин. 148
§ 61. Технология изготовления коллекторов разделением цельной заготовки 151
Глава XVI. Изготовление и укладка обмоток статоров 153
§ 62. Изготовление и укладка обмоток статоров с распределенными пазами ручным способом 153
§ 63. Укладка обмоток статоров с распределенными пазами способом втягивания 155
§ 64. Укладка обмоток статоров с распределенными пазами на агрегатных станках и автоматических линиях. 163
§ 65. Укладка обмоток статоров с явновыраженными полюсами . 165
Глава XVII. Укладка обмоток якорей. 170
§ 66. Изолирование пазов 170
§ 67. Намотка обмотки в пазы якорей. 172
§ 68. Изготовление цилиндрической обмотки якоря. 175
Глава XVIII. Пропитка обмоток. 177
§ 69. Назначение пропитки. 177
§ 70. Пропитка лаками методом погружения 179
§ 71. Пропитка лаками методом вакуума и давления 179
§ 72. Пропитка составами без растворителей. 181
Глава XIX. Изготовление короткозамкнутых роторов. 183
§ 73. Общие сведения 183
§ 74. Изготовление обмотки заливкой алюминия 185
§ 75. Изготовление обмотки сваркой. 185
Глава XX. Сборка узлов электрических машин. 186
§ 76. Методы достижения точности при сбрке 186
§ 77. Разбираемые соединения 188
§ 78. Неразбираемые соединения 191
§ 79. Вращающиеся соединения 195
§ 80. Сборка сердечника ротора с валом 197
§ 81. Сборка сердечника статора с корпусом. 200
Глава XXI. Общая сборка электрических машин 202
§ 82. Балансировка роторов (якорей) 202
§ 83. Сборка подшипников 205
§ 84. Сборка машин. 207
Заключение. 212
Рекомендуемая литература 212

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Развитие и совершенствование машин малой мощности, особенно предназначенных для специальной техники, происходит весьма интенсивно. Улучшение основных параметров машин, работающих в системах автоматического регулирования, робототехнике, позволяет повышать качество систем, их точность и производительность. Получаемый эффект часто в несколько десятков и сотен раз превышает затраты на совершенствование машины. Данное обстоятельство тем более важно, что машины малой мощности имеют достаточно сложную конструкцию и технологию изготовления, а применять приходится специальные материалы, имеющие высокую стоимость. Однако все затраты окупаются эффектом, получаемым при использовании машин.
Читатель должен помнить, что, работая в сложных системах, машины должны иметь высокую надежность и сохранять параметры в течение всего срока службы. Это достигается тщательной разработкой конструкции и технологических процессов.
Основное внимание необходимо обращать на точность соблюдения технологического процесса: не контроль завершенного изделия создает качество, качество изделия определяется тщательностью выполнения каждой технологической операции.
Авторы надеются, что учебное пособие поможет молодым рабочим разобраться в сложных вопросах принципа действия, устройства и технологии изготовления машин малой мощности.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Антонов М. В. Технология сборки электрических машин и аппаратов. М., 1986.
Испытание электрических микромашин / Н. В. Астахов, Е. М. Лопухина. В. И. Медведев и др. М., 1984.
Китая М. М., Юферов Ф. М. Электрические машины автоматических систем. М., 1979.
Клоков Б. К. Обмотчик электрических машин. М., 1987.

…

Общая процедура проектирования симметричных обмоток электрических машин [v1]

Препринт Статья Версия 1 Сохранилось в Portico. Эта версия не рецензировалась.

Версия 1 : Получено: 24 января 2018 г. / Утверждено: 25 января 2018 г. / Онлайн: 25 января 2018 г. (12:18:58 CET)

Также существует рецензируемая статья этого препринта.

Caruso, M .; Di Tommaso, A.O .; Marignetti, F .; Miceli, R .; Рикко Галлуццо, Г. Общая математическая формула компоновки обмоток электрических машин. Энергия 2018 , 11 , 446. Карузо, М .; Di Tommaso, A.O .; Marignetti, F .; Miceli, R .; Рикко Галлуццо, Г. Общая математическая формула компоновки обмоток электрических машин. Энергия 2018, 11, 446. Копировать

Ссылка на журнал: Energies 2018, 11, 446
DOI: 10.3390 / en11020446

Цитируйте как:

Карузо, М .; Di Tommaso, A.O .; Marignetti, F .; Miceli, R .; Рикко Галлуццо, Г. Общая математическая формула компоновки обмоток электрических машин. Энергия 2018 , 11 , 446. Карузо, М .; Di Tommaso, A.O .; Marignetti, F .; Miceli, R .; Рикко Галлуццо, Г. Общая математическая формула компоновки обмоток электрических машин. Энергия 2018, 11, 446. Копировать

ОТМЕНА КОПИРОВАТЬ ДЕТАЛИ ЦИТАТЫ

Абстрактный

Методы проектирования обмоток были предметом исследований на протяжении многих лет прошлого века. Было разработано множество методов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.Звезда пазов в настоящее время является наиболее распространенным средством проектирования обмоток электрических машин. В этом контексте в данной статье представлена ​​простая и эффективная процедура определения распределения звезд ЭМП и конфигурации обмоток во всех возможных типологиях электрических машин, оборудованных симметричными обмотками. Более того, эта процедура может быть легко реализована в компьютерной программе для выполнения автоматизированных расчетов намотки вращающихся электрических машин. Приведено несколько примеров для подтверждения предложенной процедуры.

Ключевые слова

Машины электрические вращающиеся; обмоточная конструкция; симметричная обмотка; звезда слотов.

Это статья в открытом доступе, распространяемая по лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы.

Комментарии (0)

Мы приветствуем комментарии и отзывы широкого круга читателей. См. Критерии для комментариев и наше заявление о разнообразии.

что это?

Добавьте запись об этом обзоре в Publons, чтобы отслеживать и демонстрировать свой опыт рецензирования в мировых журналах.

×

Заявка на патент США на ротор для вращающейся электрической машины Заявка на патент (Заявка № 20210021182 от 21 января 2021 г.)

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Вращающиеся электрические машины широко описывают устройства, которые преобразуют вращающую механическую силу в электричество, в случае генератора, или, наоборот, преобразуют электричество в механическую силу в случае двигателя.Эти машины обычно включают в себя неподвижный компонент, называемый статором, и вращающийся компонент, называемый ротором, который установлен на валу, который, в свою очередь, соединяется с первичным двигателем или механической нагрузкой. Ротор и статор представляют собой электромагнитные компоненты, которые включают в себя магниты и электрические проводники, называемые обмотками или катушками, предназначенными для электромагнитного взаимодействия друг с другом. В случае машин с радиальным магнитным потоком ротор и статор разделены небольшим кольцевым воздушным зазором, который пересекает магнитный поток, связанный с магнитами, и который электромагнитно связывает ротор и статор.Когда сила или ориентация магнитного потока изменяется или изменяется во времени, либо путем ввода вращательного движения от механической силы, либо путем изменения электрического тока в обмотках, электромагнитная индукция производит противоположный выход, например, генерацию электрического тока. в первом случае и механический крутящий момент во втором. Конкретный пример вращающейся электрической машины упоминается как конструкция с двумя статорами, в которой ротор концентрически расположен между внешним статором и внутренним статором, тем самым обеспечивая два воздушных зазора, через которые проходит магнитный поток.Преимущество конструкции с двумя статорами состоит в том, что электромагнитные движущие силы между компонентами увеличиваются, часто без соответствующего увеличения габаритных размеров вращающейся электрической машины. Настоящее изобретение направлено на конструкцию и работу вращающихся электрических машин вышеупомянутого типа и может найти конкретное применение в машинах с двойным статорным устройством.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

В настоящем описании представлена ​​вращающаяся электрическая машина конфигурации с двумя статорами, имеющая ротор, который может быть изготовлен из волокнистого композитного материала.Ротор может иметь форму полого цилиндра, определяющего осевую линию для концентрического расположения относительно внешнего и внутреннего статоров. Для включения постоянных магнитов в ротор множество полостей для магнитов может быть радиально расположено в опорном кольцевом пространстве цилиндрического ротора для совмещения в осевом направлении с осевой линией. Прутки из магнитного материала могут быть вставлены в полости магнита для выравнивания параллельно осевой линии. В одном примере опорное кольцо может быть собрано из множества сегментов ротора, каждый из которых образует часть дуги цилиндрического ротора и каждый из которых включает в себя магнитную полость.Сегменты ротора могут быть изготовлены методом пултрузии, при котором волокна волокнистого композитного материала выравниваются по осевой линии. Возможное преимущество раскрытия изобретения состоит в том, что ротор достаточно жесткий, чтобы противостоять деформации или смещению относительно осевой линии, чтобы избежать контакта с концентрическими статорами. Это и другие возможные преимущества и особенности будут очевидны из следующего подробного описания и сопроводительных чертежей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС.1 представляет собой продольный вид в разрезе примера электрической машины с двойным статором, вращающейся с ротором, расположенным по окружности между внутренним статором и внешним статором.

РИС. 2 — вид в перспективе электромагнитных компонентов, включая ротор, а также внешний и внешний статоры со стороны привода электрической машины.

РИС. 3 — частичный вид в разрезе, иллюстрирующий электродвижущее взаимодействие между ротором и внешним и внутренним статорами неприводной стороны вращающейся электрической машины.

РИС. 4 представляет собой вид в перспективе ротора, имеющего полую цилиндрическую форму и сделанного из множества сегментов ротора, каждый из которых вмещает множество постоянных магнитов в магнитных полостях, расположенных в сегменте ротора.

РИС. 5 представляет собой подробный вид в перспективе примера сегмента ротора, определяющего магнитную полость, которая может использоваться для сборки полого ротора цилиндрической формы.

РИС. 6 — вид спереди сегмента ротора с магнитным стержнем, вставленным в полость магнита и имеющим форму, обеспечивающую посадку с зазором с пустотами и вентиляционными проходами.

РИС. 7 — схематическая диаграмма процесса изготовления пултрузии для изготовления сегмента ротора из волокнистого композитного материала.

РИС. 8 представляет собой вид в перспективе заготовки для сегмента ротора, изготовленной из волокнистого композита посредством процесса пултрузии, и иллюстрирующий осевое совмещение волокон.

РИС. 9 — блок-схема, иллюстрирующая примерный способ сборки ротора для электрической машины с двумя статорами, вращающейся в соответствии с раскрытием.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Теперь со ссылкой на чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции относятся к аналогичным элементам, проиллюстрирован схематический пример вращающейся электрической машины 100 для преобразования механической энергии в электрическую посредством электромагнитного взаимодействия. Вращающаяся электрическая машина , 100, может быть генератором для преобразования вращающей механической силы (то есть крутящего момента) в электричество, двигателем для преобразования электрической силы в механический крутящий момент или мотор-генератором, который может выборочно выполнять любой из процессов преобразования энергии.Вращающаяся электрическая машина , 100, может быть любого подходящего типа и принципа действия в соответствии с широкими аспектами раскрытия. Вращающаяся электрическая машина , 100, может использовать переменный или постоянный ток и может быть сконфигурирована для однофазного или многофазного электрического режима. В проиллюстрированном примере вращающаяся электрическая машина , 100, может иметь конфигурацию с двумя статорами, хотя аспекты раскрытия могут быть применимы к другим устройствам.Раскрытие может быть особенно применимо к крупномасштабным вращающимся электрическим машинам, таким как, например, ветряные турбины, где размер и вес вызывают особую озабоченность, но аспекты раскрытия могут быть применимы к электрическим машинам любого размера и конструкции и могут использоваться в любых подходящее приложение.

Электромагнитно взаимодействующие компоненты системы с двумя статорами включают в себя ротор 102 , концентрически расположенный между внешним статором 104 и внутренним статором 106 , которые выровнены по окружности и образуют осевую линию 108 .Осевая линия 108 , таким образом, указывает осевое направление и радиальное направление по отношению к вращающейся электрической машине 100 . Чтобы обеспечить его размещение между внутренним и внешним статорами 104 , 106 , ротор 102 может иметь форму полого удлиненного цилиндра или трубы. Один конец полого цилиндрического ротора 102 обычно может быть закрыт фланцем ротора 110 , который может иметь форму кольцевого диска с центральным отверстием 112 .На фланце ротора 110 может быть установлен выступающий вращающийся вал 114 , выровненный по осевой линии 108 , который оперативно связан с нагрузкой или первичным двигателем. Таким образом, вал 114 может определять ведущий конец 116 и неприводной конец 118 вращающейся электрической машины 100 . Однако в других конфигурациях вращающаяся электрическая машина , 100, может быть двусторонней машиной, имеющей валы 114 , установленные на любом конце ротора 102 и выходящие из него.Ротор , 102, может вмещать или включать в себя один или несколько постоянных магнитов, так что вращающийся электродвигатель , 100, представляет собой устройство с постоянными магнитами, подробности которого описаны ниже.

Внешний статор , 104, и внутренний статор, , 106, могут вмещать или включать в себя электрические проводники, например медные провода, скомпонованные в множество обмоток или катушек для электромагнитного взаимодействия с постоянными магнитами в роторе 102 .Чтобы иметь возможность располагаться радиально вокруг ротора 102 и снаружи от него, внешний статор 104 может иметь форму полой удлиненной трубы большего диаметра, чем ротор 102 , концентрически описанной и, как правило, совпадающей по оси с ротором . 102 . Точно так же, чтобы обеспечить радиальное расположение внутри ротора , 102, , внутренний статор , 106, может иметь цилиндрическую форму, меньший по диаметру, чем внутренний диаметр ротора, и соосный с осевой линией 108 .Чтобы обеспечить относительное вращение между электромагнитными компонентами, ротор 102 , а также внутренний и внешний статоры 104 , 106 могут иметь размеры и размеры, обеспечивающие радиально внешний кольцевой зазор 120 между ротором 102 и внешним статор 104 и соответствующий радиально внутренний кольцевой зазор 122 между ротором и внутренним статором 106 . Внешний и внутренний кольцевые зазоры 120 , 122 обеспечивают рабочие зазоры между электродвижущими элементами вращающейся электрической машины 100 .Для усиления электромагнитного взаимодействия между электромагнитными компонентами, например, путем концентрации взаимодействия магнитного потока между ротором 102 и статорами 104 , 106 , радиальный размер внешнего и внутреннего кольцевых зазоров 120 , 122 между электромагнитными компонентами сконфигурированы как можно меньшего размера, обеспечивая при этом относительное вращение между компонентами без контакта.

Для поддержки и соосного выравнивания ротора 102 и внешнего и внутреннего статоров 104 , 106 с сохранением внешнего и внутреннего кольцевых зазоров 120 , 122 , чтобы избежать контакта между компонентами во время относительного вращения, Электромагнитные компоненты могут быть размещены в раме 130 , которая функционирует как корпус вращающейся электрической машины 100 .Рама , 130, может быть выполнена в виде кожуха из кованой стали, хотя в меньших или более легких примерах вращающейся электрической машины 100 рама 130 может быть изготовлена ​​из формованного листового металла. Рама , 130, может включать в себя трубчатую внешнюю периферию 132 , к которой крепится внешний статор 104 с помощью любого подходящего фиксирующего механизма, такого как крепеж, запрессовка и т. Д. Для размещения внутреннего статора 106 соосно внутри полый цилиндрический ротор 102 , рама 130 может включать в себя центральную опору 134 , проходящую в осевом направлении от первой осевой торцевой поверхности 136 рамы 130 , на которой неподвижно установлен внутренний статор 106 .Вторая осевая торцевая поверхность 138 рамы 130 , противоположная первой осевой торцевой поверхности 136 , может включать в себя отверстие 139 рамы, через которое может выступать вал 114 . Чтобы ротор 102 мог вращаться относительно неподвижной рамы 130 , фланец ротора 110 может с возможностью вращения поддерживаться на центральной опоре 134 с помощью подшипника 140 , расположенного в центральном отверстии 112 .Подшипник 140 дополнительно обеспечивает осевое расстояние и разделение между вращающимся валом 114 и неподвижной центральной опорой 134 на приводном конце 116 вращающейся электрической машины 100 . Конец ротора , 102, , расположенный рядом с неприводным концом , 118, , может поддерживаться с возможностью вращения на первой осевой торцевой поверхности , 136, другим подшипником 142 или подобным. Подшипники 140 , 142 могут иметь любую подходящую конструкцию, например подшипники качения или магнитные подшипники, для поддержки вращающейся нагрузки, такой как ротор 102 .

Как показано на фиг. 2 и 3 показан открытый ротор 102 , а также внешний и внутренний статоры 104 , 106 без рамы и опорных элементов. Внешний и внутренний кольцевые зазоры , 120, , , 122, , разделяющие электромагнитные компоненты, уменьшены в размере, чтобы улучшить электромагнитное взаимодействие между компонентами. Внешний статор , 104, по окружности и концентрически окружает ротор 102 , который, в свою очередь, окружает по окружности и концентрически внутренний статор , 106, .Конструктивный компонент внешнего статора 104 может включать в себя твердый кольцевой внешний сердечник 150 , ограничивающий осевую линию 108 и имеющий осевую длину внешнего статора 152 . Радиально на внутренней цилиндрической периферии кольцевого внешнего сердечника , 150, может быть расположено множество внешних зубцов , 154, , которые проходят в осевом направлении вдоль осевой внешней длины статора 152 . Внешние зубцы , 154, могут вмещать внешние токопроводящие обмотки , 156, или катушку, которая сформирована путем наматывания проводника, подобного медной проводке, вокруг внешних зубцов , 154, .Для магнитного взаимодействия с ротором , 102, , кольцевой внешний сердечник , 150, может быть изготовлен из магнитопроницаемого жесткого материала, такого как сталь, железо или кремнистое железо, сформированных в виде единой отливки или собранных из множества связанных пластин. Внутренний статор , 106, может также включать сплошной кольцевой внутренний сердечник , 160, , ограничивающий осевую линию 108 , и имеющий осевую внутреннюю длину статора 162 , которая может быть в осевом направлении совпадающей с осевой внешней длиной 152 статора.Для размещения внутренних проводящих обмоток , 166, или катушки, множество внутренних зубцов , 164, радиально расположены на внешней цилиндрической периферии кольцевого внутреннего сердечника 160 . Кольцевой внутренний сердечник 160 может быть изготовлен из того же магнитопроницаемого материала, что и внешний сердечник статора 150 .

Ротор 102 может включать опорное кольцевое пространство 170 , размеры которого рассчитаны на радиальную посадку между кольцевым внешним и внутренним сердечниками 150 , 160 соответствующих внешнего и внутреннего статоров 104 , 106 .Опорное кольцевое пространство , 170, может иметь осевую длину ротора 172 , которая может быть равной длине осевого внешнего статора 152 и осевой внутренней длине статора 162 . Для размещения множества постоянных магнитов опорное кольцо , 170, может включать в себя множество радиально разнесенных магнитных полостей 174 , расположенных в осевом направлении по длине осевого ротора 172 . В примере магнитные полости 174 могут обеспечивать замкнутое пространство внутри тела опорного кольцевого пространства 170 между внешним диаметром 176 ротора и внутренним диаметром 177 ротора, которые определяют радиальную толщину ротора.В дополнительном примере центры магнитных полостей 174 могут быть расположены радиально вдоль круглой центральной линии 178 , имеющей диаметр примерно одинаково между внешним диаметром 176 и внутренним диаметром 177 ротора. Для крепления фланца ротора 110 к опорному кольцевому пространству 170 , вставки 179 могут быть вставлены и частично выступают из магнитных полостей 174 рядом с приводным концом 116 , которые могут быть размещены в соответствующих полостях. во фланце ротора.

Постоянные магниты могут быть выполнены в виде удлиненных магнитных стержней 180 , размер и форма которых соответствуют магнитным полостям 174 и могут иметь осевую длину магнита 182 , равную осевой длине ротора 172 . Магнитные стержни 180 характеризуются созданием магнитного поля между северным и южным полюсами, которое притягивает ферромагнитные материалы. Магнитные стержни , 180, могут быть дополнительно охарактеризованы как «жесткие» магниты, демонстрирующие высокую магнитную коэрцитивность и устойчивость к размагничиванию.В примере, чтобы облегчить вставку в полости 174 магнитов, магнитные стержни 180 могут быть сконструированы из множества отдельных магнитных частей, каждая из которых короче осевой длины магнита 182 , и которые могут примыкать друг к другу в магнитные полости 174 .

Во время работы магнитный поток от магнитных стержней 180 пересекает внешний и внутренний кольцевые зазоры 120 , 122 и проходит через внешний и внутренний статоры 104 , 106 , чему способствует магнитный проницаемый материал кольцевого внешнего и внутреннего сердечников 150 , 160 .Следовательно, магнитный поток может индуктивно взаимодействовать с внешней и внутренней обмотками 154 , 164 вокруг соответствующих сердечников 150 , 160 . Если магнитный поток заставляют вращаться, например, вращением ротора 102 посредством приложения механического крутящего момента, магнитный поток будет индуцировать ток в проводящих обмотках 156 , 166 . И наоборот, приложение переменного тока, который циклически изменяется во времени, к внешней и внутренней проводящим обмоткам 156 , 166 создаст вращающееся магнитное поле, притягивающее магнитные стержни 180 , расположенные в опорном кольцевом пространстве 170 , которое создает механический крутящий момент. в роторе 102 .Оба обстоятельства включают вращение ротора 102 относительно внешнего и внутреннего статоров 104 , 106 вокруг осевой линии 108 , например, в направлении вращения, указанном стрелкой 190 . Вращение можно дополнительно охарактеризовать как множество сил, связанных с вращательным движением 190 массы ротора 102 , включая составляющую центробежной или центростремительной силы 192 , которая направлена ​​радиально и перпендикулярно направлению вращения 190 , и составляющая тангенциальной силы 194 , касательная к направлению вращения 190 .Если возникает дисбаланс, особенно при достаточно высоких оборотах, из-за, например, эксцентрического смещения между ротором 102 и осевой линией 108 , магнитное притяжение между магнитными стержнями , 180, и кольцевыми наружным и внутренним сердечниками. 150 , 160 , внезапные изменения нагрузки или эксцентрической нагрузки на ротор 102 или по любой другой причине силы 192 , 194 могут иметь тенденцию перемещать ротор 102 , чтобы пересечь внешние и / или внутренние кольцевые зазоры 120 , 122 и контактируют с внешними или внутренними статорами 104 , 106 , что может привести к повреждению или заеданию вращающейся электрической машины 100 .

Чтобы устранить такие дисбалансы и избежать контакта между электромагнитными компонентами, в аспекте раскрытия опорное кольцо 170 ротора 102 может быть выполнено из волокнистого композитного материала. Волокнистый композитный материал включает отрезки волокон, таких как стекло или углерод, которые действуют как армирующие элементы, обеспечивающие жесткость, прочность и жесткость, и которые связаны и удерживаются вместе в матрице, такой как полимер. Волокнистый композитный материал может быть выбран из любой подходящей группы полимерных матриц и волокнистых компонентов, включая любые натуральные или синтетические материалы.Волокнистый композитный материал снижает вес ротора 102 и улучшает структурные свойства, такие как жесткость опорного кольцевого пространства 170 , чтобы противостоять изгибу или деформации во время работы. Повышенная жесткость поддерживает ротор 102 соосно с осевой линией 108 и предотвращает физические искажения или смещение любой заданной части ротора 102 вдоль осевой длины ротора 172 . Ротор из волокнистого композитного материала 102 , таким образом, сохраняет концентрический интервал относительно внешнего и внутреннего статоров 104 , 106 , определяемых внешним и внутренним кольцевыми зазорами 120 , 122 .В одном примере волокнистый композитный материал может быть выбран так, чтобы иметь низкий коэффициент теплового расширения и сжатия, чтобы дополнительно способствовать поддержанию концентрического выравнивания и расстояния между электромагнитными компонентами. Несоосность дополнительно предотвращается в примере, где магнитные полости 174 и размещенные в них магнитные стержни 180 выровнены вдоль круговой средней линии 179 опорного кольцевого пространства 170 , что обеспечивает лучший баланс вращения относительно осевой линии 108 .Другое преимущество использования волокнистого композитного материала состоит в том, что улучшенная жесткость и снижение веса снижает сложность расположения и / или конструкции подшипников 140 , 142 , поддерживающих ротор 102 внутри электрической машины.

В одном примере опорное кольцо 170 может быть изготовлено как единый цельный компонент, например, с помощью процесса литья под давлением или литья под давлением. В другом примере опорное кольцо , 170, может быть экструдировано путем проталкивания предшественников волокнистого композиционного материала через фильеру, имеющую кольцевое поперечное сечение.В таких случаях опора кольцевая 170 может быть изготовлена ​​из поливинилхлорида (ПВХ) или другого подходящего термопластического материала. Однако для облегчения сборки вращающихся электрических машин 100 достаточно больших размеров, например, с диаметром ротора в метр и большим количеством полюсов (например, более 20 полюсов), опорное кольцо 170 может быть собран из множества подкомпонентов и деталей. Обращаясь к фиг. 4 и 5 проиллюстрирован пример ротора , 102, , в котором опорное кольцо , 170, выполнено из множества сегментов ротора , 200, , которые сформированы в виде удлиненных стержней или планок из композитного волокнистого материала, каждая из которых соответствует Круговой сегмент или частичная дуга цилиндрического ротора 102 .Каждый сегмент 200 ротора может проходить между осевым концом 202 первого сегмента и противоположным осевым концом 204 второго сегмента, которые совпадают с осевой длиной 172 ротора ротора 102 . Более того, каждый сегмент 200 ротора может иметь изогнутую или дугообразную форму, соответствующую в целом внешнему и / или внутреннему диаметру ротора 176 , 177 ротора 102 . Чтобы сформировать цилиндрическую форму опорного кольцевого пространства , 170, , множество сегментов , 200, ротора расположены рядом друг с другом, проходя параллельно осевой линии 108 и радиально расположенных вокруг осевой линии 108 .Один или несколько обручей 208 , сделанных, например, из ремня или стяжки, могут быть расположены вокруг внешней периферии множества радиально расположенных сегментов ротора , 200, для приложения радиально направленной внутрь сжимающей силы, удерживающей соседние опорные сегменты 200 на месте, аналогично конструкции бочки.

Для приема и размещения магнитных стержней 180 каждый сегмент ротора 200 включает в себя магнитную полость 174 , которая проходит между осевым концом первого сегмента 202 и осевым концом второго сегмента 204 .Магнитные полости 174 могут быть заключены в толщину каждого сегмента ротора 200 между внешним и внутренним диаметрами ротора 176 , 177 , так что магнитный стержень 180 полностью охвачен диаметральными размерами ротора. 102 . Обращаясь к фиг. 5 и 6, магнитный стержень , 180, может иметь размер, обеспечивающий посадку с зазором с магнитной полостью 174 . Например, магнитный стержень , 180, может иметь прямоугольное поперечное сечение с заданной высотой и шириной, а магнитная полость 174 может иметь увеличенное в размерах поперечное сечение, например, с непрямоугольным поперечным сечением обычно эллиптической или ромбовидной формы, имеющей большую высоту и / или ширину.Посадка с зазором определяет пустоту 210 между внутренней периферией магнитной полости 174 и магнитным стержнем 180 . Чтобы закрепить магнитный стержень 180 внутри полости 174 магнита, в примере, магнитно-мягкий композит («SMC») 212 может быть приклеен к магнитному стержню 180 , чтобы занять посадку с зазором. Магнитно-мягкий композит 212 может быть изготовлен из железного порошка, которому можно придать различные формы с помощью механической металлургии, и его можно легко намагнитить для увеличения магнитной проницаемости ротора 102 .В другом примере пустота 210 , созданная посадкой с зазором между магнитной полостью 174 и магнитным стержнем 180 , обеспечивает осевые вентиляционные каналы 214 , увеличивающие длину сегмента ротора 200 между первым и Осевые концы второго сегмента 202 , 204 . Вентиляционные каналы , 214, обеспечивают охлаждение для уменьшения тепловыделения при работе вращающейся электрической машины 100 .

Продолжая ссылаться на фиг. 5 и 6, в примере, чтобы облегчить сборку опорного кольцевого пространства 170 ротора 102 из множества сегментов 200 ротора, сегменты 200 ротора могут быть сформированы с взаимодействующими элементами гребня и канавки. Каждый сегмент ротора 200 может включать в себя первую кромку дуги 220 и вторую кромку дуги 222 , которые соответствуют ширине сегмента ротора и пересекают толщину между внешним и внутренним диаметрами ротора 176 , 177 и которые проходят между осевыми концами первого и второго сегментов 202 , 202 .На кромке , 220, первой дуги может быть паз, а на кромке 222 второй дуги может быть соответствующий гребень. Когда сегменты , 200, ротора размещаются радиально рядом друг с другом, язычки и канавки взаимодействуют друг с другом, чтобы добавить жесткости и опоры опорному кольцевому пространству , 170, . В одном примере шпунт и паз могут быть соединением типа «ласточкин хвост» с взаимосвязанными трапециевидными элементами, которые могут скользить друг с другом. Блокирующие соединения в форме ласточкина хвоста блокируют радиально соседние сегменты ротора 170 вместе таким образом, чтобы поддерживать внешний и внутренний диаметры ротора 176 , 177 , обеспечивая гладкость внешней и внутренней периферийных поверхностей и сохраняя точные размеры внешних и внутренние кольцевые зазоры при сборке вращающейся электрической машины.

Ссылаясь на фиг. На фиг.7 и 8 проиллюстрирован пример процесса изготовления сегментов , 200, ротора из волокнистого композитного материала, включающего армирующие волокна, расположенные в матрице. Сегменты ротора , 200, могут быть изготовлены из материалов-предшественников волокна и матрицы с использованием процесса пултрузии, в котором материалы-предшественники непрерывно протягиваются через технологические операции, в отличие от процесса экструзии, описанного выше.Обращаясь к фиг. 7, в процессе пултрузии непрерывные волокна 240 , такие как углеродные или стеклянные, подают на один или несколько намотанных валков 242 . Непрерывные волокна 240 разматываются и направляются натяжными роликами 244 в ванну матрицы 246 , которая может быть резервуаром, содержащим матрицу в жидкой форме, например, из полиэфирных, полиуретановых, эпоксидных или других смол. . Жидкая матрица покрывает непрерывные волокна 240 , которые затем направляются через нагретую головку 248 , которая формирует и формирует покрытые волокна 240 в непрерывном постоянном поперечном сечении сегмента ротора.После формования волокна с покрытием 240 направляют в нагретую печь 250 , где жидкая матрица полимеризуется, отверждается и / или затвердевает на волокнах, образуя твердый отвержденный профиль 252 . Отвержденный профиль 252 может быть разрезан до желаемого размера конечных сегментов ротора 200 с помощью нескольких сегментов, вырезанных из одного литого профиля. Как указано в названии процесса, различные тянущие ролики 256 используются для непрерывного протягивания исходных материалов в процессе.

Ссылаясь на ФИГ. 8 проиллюстрирован готовый сегмент ротора 200 , изготовленный из волокнистого композитного материала с помощью процесса пултрузии. Преимущество процесса пултрузии для изготовления сегментов , 200, ротора заключается в однонаправленном совмещении волокон в сегменте ротора. Непрерывные волокна 240 могут быть выровнены в продольном направлении в сегменте 200 ротора между концами первого и второго осевых сегментов 202 , 204 в результате того, что волокна были предварительно выровнены и вытянуты в продольном направлении в процессе протрузии.Следовательно, волокна 240 выровнены в осевой ориентации, параллельно оси оси 108 вращающейся электрической машины 100 , когда ротор 102 собран из множества сегментов ротора 200 , радиально расположенных в опорное кольцо 170 . Осевое выравнивание волокон 240 придает ротору 102 повышенную жесткость, которая противодействует эксцентрическому смещению или отклонению ротора 102 , что приводит к контакту со статорами 104 , 106 , и этого можно избежать. захват вращающейся электрической машины 100 .Использование легкого волокнистого композитного материала для ротора 102 с повышенной жесткостью также позволяет минимизировать внешний и внутренний кольцевые зазоры 120 , 122 , тем самым усиливая электромагнитное взаимодействие между ротором 102 и внешним и внутренним статорами 104 , 106 увеличение мощности вращающейся электрической машины 100 .

В примере для обеспечения временного или прерывистого контакта между ротором 102 и внешними статорами и / или внутренними статорами 104 , 106 в случае неисправности или временного отключения электроэнергии одно или несколько обручей могут обычно расположены во внешнем кольцевом зазоре 120 или внутреннем кольцевом зазоре 122 соответственно.В вышеприведенном примере паз может быть расположен на внутренней цилиндрической поверхности внешнего статора 104 , а паз может быть расположен на внешней цилиндрической поверхности внутреннего статора , 106, для размещения обручей. Обручи могут частично выступать из пазов, немного выступая за внешние зубцы , 154, и внутренние зубья , 164 , соответственно, и во внешний и внутренний кольцевые зазоры , 120, , , 122, , в зависимости от обстоятельств, чтобы учесть кратковременность контакт с ротором , 102, в случае смещения вращающихся электродвижущих элементов.Обручи могут временно скользить по волокнистому композитному материалу ротора 102 .

Ссылаясь на фиг. На фиг.9 проиллюстрирована блок-схема процесса сборки , 270, для сборки электрической машины 100 с двойным вращением статора. Как описано со ссылкой на фиг. 7-8, на стадии пултрузии 272 предшественники волокна и матрицы могут быть сформированы в непрерывный отвержденный профиль волокнистого композиционного материала с помощью процесса пултрузии, который разрезается на множество сегментов ротора 200 желаемой длины. , например, 100 мм.На этапе 274 вставки магнита магнитные стержни 180 вставляются в магнитные полости 174 сегментов ротора 200 , чтобы получить модульные блоки, которые могут быть собраны в ротор 102 . В частности, на этапе сборки 276 кольцевого пространства множество сегментов ротора 200 с магнитными стержнями 180 в них размещаются в радиально смежной конструкции, чтобы сформировать опорное кольцевое пространство 170 по окружности вокруг и определить осевую линию 108 .Чтобы обеспечить жесткость опорного кольцевого пространства 170 и сохранить внешний и внутренний диаметры ротора 176 , 177 , дуговые кромки 220 , 222 каждого сегмента ротора 200 могут включать в себя элементы гребня и канавки. которые могут быть соединены вместе с возможностью скольжения. На этапе обвязки , 278, одна или несколько обручей 208 могут быть расположены вокруг внешней стороны опорного кольцевого пространства 170 для приложения внутренней силы, удерживающей смежные сегменты 200 ротора вместе как цилиндрический ротор 102 .На этапе сборки машины 280 собранный цилиндрический ротор 102 может быть расположен концентрически между внешним статором 104 и внутренним статором 106 , отделенным от него внешним и внутренним кольцевыми зазорами 120 , 124 и может вращаться относительно оси 108 . В другом примере, вместо того, чтобы вставлять магнитный стержень 180 в магнитные полости 170 перед этапом сборки кольцевого пространства 176 , магнитные стержни 180 могут быть вставлены после этапа сборки машины 280 , как только ротор 102 расположен между внешним статором 104 и внутренним статором 106 , как показано на этапе вставки 282 .Возможное преимущество выполнения этапа вставки 282 после этапа сборки машины 280 состоит в том, что магнитные стержни 180 и их связанное магнитное притяжение отсутствуют при сборке ротора 102 и внешнего и внутреннего статоров 104 , 106 , которые в противном случае могли бы помешать или нарушить сборку и выравнивание вращающихся электромагнитных компонентов.

Использование терминов «a» и «an», «the» и «по меньшей мере один» и подобных ссылок в контексте описания изобретения (особенно в контексте следующей формулы изобретения) должно толковаться как охватывающее как в единственном, так и во множественном числе, если иное не указано в данном документе или явно не противоречит контексту.Использование термина «по меньшей мере один», за которым следует список из одного или нескольких элементов (например, «по меньшей мере, один из A и B»), должно толковаться как означающее один элемент, выбранный из перечисленных элементов (A или B ) или любое сочетание двух или более из перечисленных элементов (A и B), если иное не указано в данном документе или явно не противоречит контексту. Термины «содержащий», «имеющий», «включающий» и «содержащий» следует толковать как неограниченные термины (т.е. означающие «включая, но не ограничиваясь»), если не указано иное.Все способы, описанные в данном документе, могут выполняться в любом подходящем порядке, если иное не указано в данном документе или иным образом явно не противоречит контексту. Использование любых и всех примеров или иллюстративного языка (например, «такой как»), представленных в данном документе, предназначено просто для лучшего освещения изобретения и не налагает ограничения на объем изобретения, если не заявлено иное. Никакие формулировки в описании не следует истолковывать как указывающие на какой-либо не заявленный элемент как существенный для практического применения изобретения.

индийских патентов. 246498: УСТАНОВКА В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЕ

Полный текст

УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Целью изобретения является устройство для индикации неисправности в электрической машине согласно вводной части п.1 формулы изобретения. В электрической машине ротор вращается с воздушным зазором между ним и статором. . Ротор чаще всего устанавливается внутри статора, но также существуют решения, в которых ротор находится снаружи статора или имеет воздушный зазор между ним и статором в осевом направлении.Настоящее изобретение применимо ко многим различным типам машин. В максимально возможной степени воздушный зазор в машине должен быть свободен от пыли и грязи, образующихся снаружи машины, а также любых загрязнений, образующихся в машине во время работы. Дополнительные частицы могут повлиять на рабочие характеристики машины, такие как шум и охлаждение, а также могут вызвать прямое или косвенное повреждение компонентов машины. В частности, любые примеси и частицы различных размеров, попавшие в воздушный зазор между статором и ротором, должны быть обнаружены и удалены, прежде чем они вызовут повреждение статора или ротора. Ротор электрической машины опирается на корпус статара или торцевую пластину подшипниками. Они также используются для выравнивания ротора с центром статора, так что воздушный зазор практически одинаков во всех положениях. Положение ротора может отклоняться от центральной линии машины из-за износа подшипников или возможного отказа подшипников. В крайнем случае это может привести к контакту ротора и статора друг с другом. Целью настоящего изобретения является создание устройства, которое могло бы обнаруживать и указывать любую необычную ситуацию, неподходящий объект или частицу в воздушном зазоре электрического машину заранее, чтобы предотвратить повреждение электрической машины.Для достижения этого изобретение характеризуется признаками, указанными в разделе характеристик пункта 1 формулы изобретения. Некоторые другие предпочтительные варианты осуществления изобретения имеют характеристики, указанные в зависимых пунктах формулы изобретения. Решение согласно изобретению способно надежно обнаруживать и реагировать на любые объекты или частицы, обнаруженные в воздушном зазоре машины, которые могут повредить структуру статора и / или ротора во время работы. Средство наблюдения расположено на поверхности статора, обращенной к ротору, и выступает из поверхности статора в сторону воздушного зазора, и цепь наблюдения среагирует, если посторонний предмет нарушит работу средства наблюдения.Контроль охватывает всю длину воздушного зазора в осевом направлении машины. Согласно предпочтительному варианту осуществления, обрыв контролирующего проводника контролируется с помощью электрического тока, так что количество проводниковых петель является четным. Это предотвращает наведение тока в контрольный проводник из-за изменений магнитного потока Av внутри воздушного зазора. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения средство наблюдения прикреплено к зубу статора.Средство наблюдения крепится непосредственно к пакету листов статора, а его соединительные проводники могут располагаться между концами обмоток статора на краю зубца. Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения средство контроля прикреплено к клиновой шпонке в канавке статора. Средства надзора также могут быть объединены в единое целое — с помощью клина. Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления элемент обнаружения в средстве наблюдения представляет собой проводящий провод, намотанный на сердечник, так что провод находится ближе всего к ротору в одном или нескольких положениях в продольном направлении машины.Согласно другому варианту осуществления элемент обнаружения в средстве наблюдения представляет собой оптоволоконный провод. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения средство наблюдения устанавливается, по меньшей мере, на концах блока статора. Такого решения в особенности достаточно, чтобы указать на отказ подшипника, поскольку воздушный зазор будет уменьшаться больше всего на концах машины. Вариант осуществления, в котором средства наблюдения простираются по всей длине статора, позволяет обнаруживать любые посторонние частицы в воздушном зазоре. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения схема контроля будет реагировать на разрыв средств контроля и выдавать сигнал индикации неисправности. Схема контроля может одновременно отключить питание машины или просто подать сигнал тревоги. Согласно предпочтительному варианту осуществления, средства контроля соединены последовательно с другой схемой контроля. Это устраняет необходимость в расширении или изменении конструкции схем контроля машины. Далее изобретение будет описано более подробно с помощью определенных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, где — Фиг.1 иллюстрирует адаптацию устройства согласно изобретению в электрическую машину, — Фиг.2 иллюстрирует деталь зубчатого конца статора, — фиг. 3 иллюстрирует альтернативное положение устройства, а — фиг. 4 — устройство в соответствии с изобретением. Фиг. 1 представляет собой поперечное сечение нижней половины электрической машины.Статор 2 поддерживается в горизонтальном положении, а ротор 3 установлен с воздушным зазором 5 между статором и ротором. Пакет 6 листов статора прикреплен к корпусу 4 статора. Пакет листов статора образует зубцы 8 статора, выступающие к воздушному зазору машины, и канавки 10 статора между зубьями, открывающиеся к воздушному зазору. Что касается реализации изобретения, канавки также могут быть полуоткрытыми или полностью закрытыми. Обмотки, устанавливаемые в канавки, не показаны и могут быть реализованы общеизвестными способами при применении изобретения. Когда станок установлен горизонтально, средство контроля 12 устанавливается в положениях двух зубцов 8 в нижней части statOT 2 и, предпочтительно, распространяется на и по всей длине статора в осевом направлении. направление машины. Поверхность средства наблюдения i 12 немного выступает над поверхностью зубцов статора, обращенной к воздушному зазору, а включенный элемент обнаружения соединен проводником 14 со схемой наблюдения, не показанной на рисунке, которая используется для при необходимости отключите машину от источника питания .Средства контроля 12 предпочтительно устанавливают на два зубца 8 и , расположенных приблизительно от 15 до 45 градусов с каждой стороны от центральной линии 16 статора, то есть в самой низкой точке. Точное место установки определяется на основе конструкции машины и технологии изготовления, например, степени поддержки, необходимой при вставке ротора в статор. Средство наблюдения, установленное на в нижней части статора, будет обнаруживать любые предметы, отсоединяющиеся от ротора и / или прилипающие к ротору, а также любые другие тяжелые частицы и предметы, попавшие в машину. В увеличении A на фиг. 2 показана деталь крепления средств контроля 12. Полоса эластичного материала, например войлока, приклеена к поверхности зуба 8 статора, обращенной к воздушному зазору, и полоса 20 датчика приклеена к поверхности зубца статора. наклеивается на эластичный материал с помощью подходящего клея, такого как Loctite® Hysol. Адгезия клея обеспечивается соответствующим сжатием средств наблюдения по всей длине статора. Соединительный проводник, прикрепленный к сенсорной планке 20, должен быть защищен и поддержан на статоре известными способами. В качестве альтернативы средство контроля 12 может быть расположено в канавке 10 статора. На фиг.3 показано такое решение, в котором средства контроля прикреплены к клину 22, закрывающему канавку 10 статора. Поскольку клин немного глубже, чем статор. с зубцами войлочная полоса 24 должна быть достаточно толстой, чтобы сенсорная полоса 26 для средств наблюдения достаточно выступала из внутренней поверхности 28 статора. Присоединение средства наблюдения 12 и его подключение к цепи наблюдения по существу аналогично варианту осуществления, показанному на фиг.2.Кроме того, средства контроля могут быть интегрированы с клином. Вместо размещения по обе стороны от самой нижней точки внутренней окружности статора, средства контроля могут быть равномерно распределены по всей внутренней окружности статора или просто размещены в определенных местах на статоре. Также может быть только одно средство наблюдения, и в этом случае его предпочтительно размещать в самой низкой точке внутренней окружности статора или в непосредственной близости от него.Однако следует отметить, что, поскольку обрыв контролирующего проводника контролируется с помощью электрического тока, количество образованных таким образом проводниковых петель предпочтительно является четным; так как это предотвратит наведение тока в контрольный проводник из-за изменений магнитного потока в воздушном зазоре. На фиг. 4 показана конструкция сенсорной полоски в соответствии с изобретением. Сенсорная полоса 20 сформирована из многослойного стекла толщиной примерно 0,5 мм и, по меньшей мере, немного уже, чем зубец.Первый конец 30 полосы покрышки включает в себя точки соединения для прикрепления датчика к соединительному проводнику, идущему к цепи наблюдения. Медный провод 32, редко намотанный вокруг сенсорной полосы, действует как элемент обнаружения, идущий от соединительного конца 30 полосы до другого конца 31, так что сторона сенсорной полосы, обращенная к воздушному зазору машины, имеет медный провод поперек по всей длине полосы. В примере на Рисунке 4 медные провода на верхней и нижней сторонах вместе образуют ромбовидный узор, , что означает, что верхняя часть сенсорной полоски имеет медный провод по всей длине полоски . Края сенсорной полоски предпочтительно иметь прорези 35 в каждом месте, где медный провод идет от одной стороны полосы к другой.Другой конец 31 сенсорной ленты имеет отверстие 34, через которое проходит медный провод. Он также служит для крепления медного провода в продольном направлении. На первом конце полосы 30 медный провод 32 прикреплен к соединительному проводнику 36 в точке 38 соединения, снабженной зажимом 40 кабеля . точка подключения защищена термоусадочной трубкой, а соединительный провод защищен материалом, например, тефлоновой оболочкой. i Ток в режиме ожидания, контролируемый схемой контроля, проходит по медному проводу 32, работающему в качестве элемента обнаружения.Если посторонний предмет или частица попадает во внутренние части электрической машины, или если машина повреждена так, что какая-то часть расшатывается и заканчивается в воздушном зазоре между статором и ротором, медная проволока наматывается на полоску датчика . будет поврежден истиранием, и электрическая цепь элемента обнаружения разомкнется. Соответственно, если неисправность подшипника вызывает эксцентриситет ротора, ротор будет контактировать со средствами контроля, установленными на внутренней поверхности статора.Это приведет к либо сигналу индикации неисправности, выдаваемому оборудованием контроля машины, либо автоматическому отключению электропитания машины. Схема контроля может образовывать свою собственную электрическую цепь или может быть подключена последовательно с другой схемой, которая контролирует состояние машины ], такой как датчик температуры обмотки статора. В качестве альтернативы электропроводящему проводу элементом обнаружения может быть оптическое волокно, такое как оптоволоконный проводник. Световой сигнал, передаваемый в проводник, контролируется таким компонентом, как светочувствительный транзистор, который подает сигнал неисправности в систему наблюдения. цепь при обрыве проводника. Выше изобретение было описано с помощью определенных вариантов осуществления. Однако описание не следует рассматривать как ограничение объема патентной защиты; варианты осуществления изобретения могут варьироваться в пределах объема следующей формулы изобретения. ПРЕТЕНЗИИ 1. Устройство для индикации отказа в электрической машине, состоящей из статора (2) и ротора (3) с воздушным зазором (5) между ним и статором, отличающееся тем, что средство контроля (12) расположен на поверхности статора, обращенной к ротору, по меньшей мере, частично выступая из поверхности статора, и целостность включенного элемента (30) обнаружения может быть установлена ​​с помощью схемы контроля, подключенной к нему. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство наблюдения (12) прикреплено к зубу (8) статора. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство контроля прикреплено к клиновой шпонке (22) в пазу (10) статора. 4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что элемент обнаружения (30) в средстве наблюдения представляет собой проводящий провод, намотанный на сердечник (20) средства наблюдения, так что провод (30) находится ближе всего к ротору (3) в одном или нескольких положениях в продольном направлении машины. 5. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что элемент обнаружения в средстве наблюдения представляет собой оптоволоконный проводник. 6. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что средство наблюдения представляет собой электрический проводник, используемый для создания четного числа проводниковых петель. 7. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что средства контроля (12) установлены, по меньшей мере, на концах пакета (6) листов статора. 8. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что средства контроля (12) проходят по всей длине статора. 9. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что средство наблюдения (12) прикреплено к статору через эластичную нижнюю емкость (18, 24). 10. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что элемент (30) обнаружения в средстве наблюдения подключен к схеме наблюдения , которая при обнаружении разрыва будет обеспечивать сигнал индикации неисправности и / или отключите электропитание машины. 11. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что элемент обнаружения соединен последовательно с другой схемой наблюдения в машине, 12. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что средство Система контроля по существу устанавливается в самой нижней точке на окружности статора, 13. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что средства контроля установлены на равных интервалах по окружности статора. От 19 февраля 2007 г.

11.2 Электрические машины — генераторы и двигатели | Электродинамика

11.2 Электрические машины — генераторы и двигатели (ESCQ4)

Мы видели, что когда проводник перемещается в магнитном поле или когда перемещается магнит около проводника в проводнике течет ток. Величина тока зависит от:

• скорость, с которой проводник испытывает изменяющееся магнитное поле,
• количество витков, составляющих проводник, а
• положение плоскости проводника относительно магнитного поле.

Влияние ориентации проводника относительно магнитного поля проиллюстрирован на рисунке 11.1.

Рисунок 11.1: Серия рисунков, показывающих, что магнитный поток через проводник зависимый от угла, который плоскость проводника составляет с магнитным полем. В величайший поток проходит через проводник, когда плоскость проводника перпендикулярно к силовые линии магнитного поля, как на рисунке 11.1 (а). Номер силовых линий, проходящих через проводник, уменьшается по мере вращения проводника до он параллелен магнитному полю Рис. 11.1 (c).

Если наведенная ЭДС и ток в проводнике были представлены как функция угла между плоскостью проводника и магнитным полем для проводника, имеющего постоянной скорости вращения, то наведенные ЭДС и ток будут варьируются, как показано на рисунке 11.2. Текущие чередуются около нуля и известен как переменного тока (сокращенно AC).

Рисунок 11.2: Изменение наведенной ЭДС и тока как угол между плоскостью дирижер и магнитное поле меняется.

Угол изменяется как функция времени, поэтому приведенные выше графики могут быть нанесены на временную ось. также.

Вспомните закон Фарадея, о котором вы узнали в 11 классе:

Закон Фарадея

ЭДС, \ (\ mathcal {E} \), индуцированная вокруг одиночной петли проводника, пропорциональна скорость изменения магнитного потока φ через площадь, \ (A \) петли.Математически это можно выразить как:

\ [\ mathcal {E} = -N \ frac {\ Delta \ phi} {\ Delta t} \]

где \ (\ phi = B · A \ cos \ theta \) и \ (B \) — напряженность магнитного поля.

Закон Фарадея связывает наведенную ЭДС со скоростью изменения магнитного потока, который является произведением напряженности магнитного поля и поперечного сечения область, через которую проходят силовые линии.Площадь поперечного сечения изменяется по мере того, как петля проводника вращается что дает фактор \ (\ cos \ theta \). \ (\ theta \) — угол между нормаль к поверхности витка проводника и магнитному полю. Поскольку проводник замкнутого контура меняет ориентацию по отношению к магнитному полю, величина магнитного потока через область петли изменяется, и в проводящей петля.

временный текст

Электрогенераторы (ESCQ5)

Генератор переменного тока (ESCQ6)

Используется принцип вращения проводника в магнитном поле для генерации тока. в электрических генераторах. Генератор преобразует механическую энергию (движение) в электроэнергия.

Генератор

Генератор — это устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую. энергия.

Схема простого генератора переменного тока показана на рисунке 11.3. Проводник представляет собой катушку с проволокой, помещенную в магнитное поле. В проводник вручную вращается в магнитном поле. Это порождает чередование ЭДС. Переменный ток нужно передать от проводника к нагрузке, это система, для функционирования которой требуется электрическая энергия.

Нагрузка и проводник соединены контактным кольцом. Скользящее кольцо это соединитель, который может передавать электричество между вращающимися частями машины. Он состоит из кольца и щеток, одна из которых неподвижна. по отношению к другому. Здесь кольцо прикрепляется к проводнику и щеткам. прикреплены к нагрузке.Ток генерируется во вращающемся проводнике, проходит в контактные кольца, которые вращаются против щеток. Ток передается через щетки в нагрузку, и, таким образом, система получает питание.

Рисунок 11.3: Схема генератора переменного тока.

Направление тока меняется с каждой половиной оборота катушки.Когда одна сторона петли переходит в другую полюс магнитного поля, ток в контуре меняет направление. Этот тип тока, который меняет направление, известен как переменный. current, а на рис. 11.4 показано, как это происходит как проводник вращается.

Рисунок 11.4: Красные (сплошные) точки обозначают ток, исходящий со страницы, а крестики показать текущий переходя на страницу.Генераторы переменного тока

также известны как генераторы переменного тока. Их можно найти в легковых автомобилях для зарядки. автомобильный аккумулятор.

временный текст

Генератор постоянного тока (ESCQ7)

Простой генератор постоянного тока устроен так же, как генератор переменного тока, за исключением того, что представляет собой одно контактное кольцо, которое разделено на две части, называемые коммутатором, поэтому ток в в внешняя цепь не меняет направление.Схема генератора постоянного тока показана на Рисунок 11.5. Коммутатор с разъемным кольцом приспосабливается к изменению направление тока в контуре, создавая тем самым постоянный ток (DC), идущий через щетки и в цепь. Ток в контуре имеет обратное направление, но если вы посмотрите внимательно изучив 2D-изображение, вы увидите, что секция коммутатора с разъемным кольцом также меняет какой стороны цепи он касается.Если ток меняет направление одновременно время что коммутатор меняет местами стороны внешней цепи всегда будет иметь ток, идущий в в то же направление.

Рисунок 11.5: Схема генератора постоянного тока.

Форма ЭДС от генератора постоянного тока показана на рисунке 11.6. ЭДС не стабильна, но является абсолютной. значение синусоидальной / косинусоидальной волны.

Рисунок 11.6: Изменение ЭДС в генераторе постоянного тока.

Генераторы переменного и постоянного тока (ESCQ8)

Проблемы, связанные с замыканием и размыканием электрического контакта с подвижной катушкой: искрение и нагрев, особенно если генератор вращается с большой скоростью.Если атмосфера, окружающая машину, содержит легковоспламеняющиеся или взрывоопасные пары, практические проблемы искрообразования щеточных контактов еще больше.

Если вращается магнитное поле, а не катушка / проводник, то щетки не нужны в генераторе переменного тока (генераторе переменного тока), поэтому генератор переменного тока не будет иметь тех же проблем, что и генератор постоянного тока генераторы.Те же преимущества переменного по сравнению с постоянным током для конструкции генератора применимы и к электродвигателям. В то время как электродвигатели постоянного тока нуждаются в щетках для электрического контакта с движущимися катушками провода, переменного тока моторы нет. Фактически, конструкции двигателей переменного и постоянного тока очень похожи на их генераторы. аналоги. Двигатель переменного тока зависит от реверсивного магнитного поля, создаваемого переменным током. через неподвижные катушки с проволокой, чтобы магнит вращался.Двигатель постоянного тока зависит от замыкание и размыкание щеточных контактов соединения для обратного тока через вращающуюся катушку каждые 1/2 оборота (180 градусов).

temp text

Электродвигатели (ESCQ9)

Основные принципы работы электродвигателя такие же, как и у генератора, за исключением того, что двигатель преобразует электрическую энергию в механическую энергию (движение).

Электродвигатель

Электродвигатель — это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. энергия.

Если поместить движущуюся заряженную частицу в магнитное поле, она испытал бы силу под названием сила Лоренца .

Сила Лоренца

Сила Лоренца — это сила, испытываемая движущейся заряженной частицей в электрический и магнитное поле. Магнитная составляющая:

\ [F = qvB \]

где \ (F \) — сила (в ньютонах, Н), \ (q \) — электрический заряд (в кулонов, С), \ (v \) — скорость заряженной частицы (в \ (\ text {m · s $ ^ {- 1} $} \)), а \ (B \) — напряженность магнитного поля (в теслас, Т).

На этой диаграмме показан положительный заряд, движущийся между двумя противоположными полюсами магниты. В направление движения заряда указано оранжевой стрелкой. Так и будет испытать Сила Лоренца, которая будет направлена ​​зеленой стрелкой.

Токоведущий провод, в котором ток идет в направлении оранжевого стрелка, также будет испытывать магнитную силу, зеленая стрелка, из-за Лоренц сила на движущиеся отдельные заряды в текущем потоке.

Если направление тока меняется на противоположное, для того же направления магнитного поля, тогда направление магнитной силы также будет обратным, как указано в этом диаграмма.

Мы можем, если есть два параллельных проводника с током в противоположных направлениях. будут испытывать магнитные силы в противоположных направлениях.

Электродвигатель работает за счет использования источника ЭДС, заставляя ток течь по петле проводник такой, что сила Лоренца на противоположных сторонах петли равна противоположный направления, которые могут вызвать вращение петли вокруг центральной оси.

Сила, действующая на проводник с током, создаваемая магнитным полем, называется силой Ампера. закон.

Направление магнитной силы перпендикулярно обоим направлениям потока. тока и направления магнитного поля и можно найти используя Правило для правой руки , как показано на рисунке ниже. Используйте ваш правая ; ваш первый палец указывает в сторону ток, второй палец по направлению магнитного поля и большой палец будет указывать в направлении силы.

И двигатели, и генераторы можно объяснить с помощью катушки, вращающейся в магнитном поле. поле. В генераторе катушка присоединена к внешней цепи, которая включается, что приводит к изменению потока, вызывающему ЭДС. В двигателе токоведущая катушка в магнитное поле испытывает силу с обеих сторон катушки, создавая скручивание сила (называемая крутящим моментом , произносится как «разговор»), которая заставляет его вращаться.

Если используется переменный ток, для создания двигателя переменного тока требуются два контактных кольца. Двигатель переменного тока показано на рисунке 11.7

Рисунок 11.7: Схема двигателя переменного тока.

Если используется постоянный ток, для создания двигателя постоянного тока требуются коммутаторы с разъемным кольцом. Это показано на рисунке 11.8.

Рисунок 11.8: Схема двигателя постоянного тока.

временный текст

Реальные приложения (ESCQB)

Автомобили

В автомобиле есть генератор. Когда двигатель автомобиля работает, Генератор заряжает аккумулятор и питает электрическую систему автомобиля.

Генераторы

Попытайтесь узнать различные значения тока, производимые генераторами для разные типы машин.Сравните их, чтобы понять, какие числа имеют смысл в реальном мире. Вы найдете разные значения для автомобилей, грузовики, автобусы, лодки и т. д. Попытайтесь узнать, что может быть у других машин генераторы.

Автомобиль также содержит электродвигатель постоянного тока, стартер, для вращения двигателя. чтобы запустить это.Стартер состоит из очень мощного электродвигателя постоянного тока и стартера. соленоид, прикрепленный к двигателю. Стартерному двигателю требуется очень большой ток для запуска двигателя, и он подключен к батарее с помощью больших кабелей для передачи большого тока.

Производство электроэнергии

Для производства электроэнергии для массового распределения (в дома, офисы, фабрики и т. д.) обычно используются генераторы переменного тока.Электроэнергия, производимая массивный Электростанции обычно имеют низкое напряжение, которое преобразуется в высокое напряжение. это эффективнее распределять электроэнергию на большие расстояния в виде высоких напряжение в линиях электропередач.

Затем высокое напряжение снижается до 240 В для потребления в домах и офисах.Этот обычно делается в пределах нескольких километров от того места, где он будет использоваться.

Рисунок 11.9: Генераторы переменного тока используются на электростанциях (всех типов, гидро- и угольные станции швон) для выработки электроэнергии.

Генераторы и двигатели

Учебное упражнение 11.1

Укажите разницу между генератором и двигателем.

Электрический генератор — это механическое устройство для преобразовывать энергию источника в электрическую энергия.

Электродвигатель — это механическое устройство для преобразования электрическая энергия из одного источника в другой форма энергии.

Используйте закон Фарадея, чтобы объяснить, почему возникает ток в катушке, вращающейся в магнитном поле.

Закон Фарадея гласит, что изменение магнитного потока может индуцируют ЭДС, когда катушка вращается в магнитный поле можно изменить вращение поток, тем самым вызывая ЭДС.

Если вращение катушки такое, что поток не меняется, т.е. поверхность катушки останки параллельно магнитному полю, тогда будет не должно быть наведенной ЭДС.

Объясните основной принцип работы генератора переменного тока в катушка механически вращается в магнитное поле.Нарисуйте диаграмму для поддержки вашего отвечать.

Решение пока недоступно

Объясните, как работает генератор постоянного тока.Нарисуйте диаграмму, чтобы поддержите свой ответ. Также опишите, как DC Генератор отличается от генератора переменного тока.

Решение пока недоступно

Объясните, почему катушка с током помещена в магнитное поле (но не параллельно полю) получится.Обратитесь к силе, прилагаемой к перемещению зарядов магнитным полем и крутящим моментом на катушка.

А токоведущая катушка в магнитном поле испытывает силу с обеих сторон катушки это не параллельно магнитному полю, создавая скручивающая сила (называемая крутящим моментом), которая заставляет его перемена.Любая катушка, по которой течет ток, может ощущать силу в магнитное поле. Сила обусловлена магнитная составляющая силы Лоренца на движущиеся заряды в проводнике, называемые Ампера Закон.Сила на противоположных сторонах катушки будет в противоположных направлениях, потому что заряды движется в противоположных направлениях.

Объясните основной принцип работы электродвигателя.Нарисуйте диаграмму, подтверждающую ваш ответ.

Решение пока недоступно

Приведите примеры использования генераторов переменного и постоянного тока.

Автомобили (как переменного, так и постоянного тока), производство электроэнергии (переменного тока). только) в любом месте, где требуется источник питания.

Приведите примеры использования двигателей.

Насосы, вентиляторы, приборы, электроинструменты, бытовые техника, оргтехника.

Магнитное расположение линейного станка с нониусом PM — Shibaura Institute of Technology

TY — GEN

T1 — Магнитное расположение линейного станка с нониусом PM

AU — Imada, Takayuki

AU — Shimomura, Shoji

PY — 2014/1 / 1

Y1 — 2014/1/1

N2 — Мы предложили линейный нониусный станок с постоянными магнитами только со стороны якоря.В этой машине обмотка якоря и постоянные магниты расположены на движителе; поэтому статор состоит только из железного сердечника с небольшими зубьями. Эта особенность в значительной степени способствует созданию недорогой системы линейных машин для работы на большие расстояния. Однако, вероятно, потребуются более высокие плотности силы, чтобы расширить область применения этой машины. По этой причине мы исследовали устройство постоянного магнита и достигли улучшения плотности силы на 68% при оценке с помощью анализа методом конечных элементов.В этой статье представлены подробности исследований.

AB — Мы предложили линейный нониусный станок с постоянными магнитами только со стороны якоря. В этой машине обмотка якоря и постоянные магниты расположены на движителе; поэтому статор состоит только из железного сердечника с небольшими зубьями. Эта особенность в значительной степени способствует созданию недорогой системы линейных машин для работы на большие расстояния. Однако, вероятно, потребуются более высокие плотности силы, чтобы расширить область применения этой машины.По этой причине мы исследовали устройство постоянного магнита и достигли улучшения плотности силы на 68% при оценке с помощью анализа методом конечных элементов. В этой статье представлены подробности исследований.

UR — http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=84922774020&partnerID=8YFLogxK

UR — http://www.scopus.com/inward/citedby.url?scp=84922774020&partnerID=8YFLog

U2 — 10.1109 / ICEMS.2014.7014123

DO — 10.1109 / ICEMS.2014.7014123

M3 — Вклад конференции

AN — SCOPUS: 84922774020

T3 — 2014 17-я Международная конференция по электрическим машинам и системам, ICEMS 2014

SP — 3642

EP — 3647

BT — 2014 17-я Международная конференция по электрике Машины и системы, ICEMS 2014

PB — Институт инженеров по электротехнике и электронике, Inc.

T2 — 2014 17-я Международная конференция по электрическим машинам и системам, ICEMS 2014

Y2 — 22 октября 2014 — 25 октября 2014

ER —

Что такое машина постоянного тока? Базовая конструкция и эквивалентная схема

A DC Machine — это электромеханическое устройство преобразования энергии .Есть два типа машин постоянного тока; один из них — это генератор постоянного тока , а другой известен как двигатель постоянного тока .

Генератор постоянного тока преобразует механическую энергию (ωT) в электрическую энергию постоянного тока (EI), тогда как двигатель постоянного тока преобразует электрическую энергию постоянного тока в механическую. Электродвигатель переменного тока неизменно применяется в промышленности для преобразования электроэнергии в механическую, но там, где требуется широкий диапазон скоростей и хорошее регулирование скорости, например, в системах электрической тяги, используется электродвигатель постоянного тока.

Конструкция двигателя постоянного тока и генератора почти одинакова. Генератор используется очень защищенным способом. Отсюда и есть открытый тип конструкции. Но двигатель используется в местах, где они подвергаются воздействию пыли и влаги, и, следовательно, он требует кожухов, например, грязеотталкивающих, пожаробезопасных и т. Д. В соответствии с требованиями.

Хотя аккумулятор является важным источником электроэнергии постоянного тока, он может обеспечивать только ограниченную мощность для любых машин. Есть некоторые области применения, где требуется большое количество энергии постоянного тока, например гальваника, электролиз и т. Д.Следовательно, в таких местах для подачи энергии используются генераторы постоянного тока.

Базовая конструкция электрических машин

Вращающаяся электрическая машина или машина постоянного тока состоит в основном из двух частей; один — Stator , а другой — Rotar . Статор и ротор отделены друг от друга воздушным зазором. Статор является внешней рамой машины и неподвижен. Ротор может свободно двигаться и является внутренней частью машины.

Статор и ротор изготовлены из ферромагнитных материалов.Прорези прорезаны на внутренней периферии статора и внешней периферии ротора. Проводники помещаются в пазы статора или ротора. Они соединены между собой и образуют обмотки.

Обмотки, в которых индуцируется напряжение, называются обмотками якоря . Обмотка, через которую пропускается ток для создания основного потока, называется обмоткой поля . Для обеспечения основного потока в некоторых машинах также используются постоянные магниты.

Эквивалентная схема якоря машины постоянного тока

Якорь генератора постоянного тока может быть представлен эквивалентной электрической схемой.Он может быть представлен тремя последовательно соединенными элементами E, Ra и Vb.

Эквивалентная схема якоря генератора постоянного тока показана ниже на рисунке:

Эквивалентная схема якоря двигателя постоянного тока показана ниже на рисунке:

Элемент E на эквивалентных схемах представляет собой генерируемое напряжение, Ra — сопротивление якоря, а Vb — падение напряжения на контакте щетки.

ОПОРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ОБУВИ ДЛЯ МАШИННОГО ЭЛЕМЕНТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

Аннотация:

Устройство полюсных башмаков для ротора или статора электрической машины. раскрыт воздушный зазор между статором и ротором.Полюс обувное устройство имеет элемент полюсного башмака, имеющий внутренний конец и внешний конец противостоят внутреннему концу. Внутренний конец находится напротив воздушного зазора, когда элемент полюсного башмака находится в собранном состоянии. Элемент полюсного башмака имеет приемная поверхность для приема постоянного магнита между внутренними конец и внешний конец. Башмак для столбов имеет направляющее средство. направить постоянный магнит в радиальном направлении от внешнего конца к внутренний конец и для ограничения движения постоянного магнита справа углы к радиальному направлению.

Претензии:

1. Устройство полюсных башмаков для электрической машины, содержащее статор, ротор и воздушный зазор между статором и ротором, содержащий: элемент полюсного башмака, содержащий: внутренний конец, расположенный напротив воздушного зазора когда элемент полюсного башмака находится в собранном состоянии, внешний конец противостоящий внутреннему концу и принимающей поверхности для приема постоянного магнит между внутренним концом и внешним концом; и путеводитель приспособлен для направления постоянного магнита в радиальном направлении от внешний конец к внутреннему концу и ограничить движение постоянного магнит под прямым углом к ​​радиальному направлению.

2. Устройство полюсного башмака по п. 1, отличающееся тем, что направляющая объект включает как минимум один выступ, выходящий за пределы принимающей поверхности, и в которой выполнен по меньшей мере один выступ монолитно с элементом полюсного башмака.

3. Устройство полюсного башмака по п.1, отличающееся тем, что полюсный башмак элемент содержит паз, и при этом направляющее средство содержит направляющий элемент, который не является ферромагнитным и вставляется в паз.

4. Устройство полюсного башмака по п. 3, отличающееся тем, что полюсный башмак устройство содержит второй элемент полюсного башмака, при этом полюс элемент башмака и элемент второго полюсного башмака расположены на расстоянии друг от друга для формирования депрессии для получения постоянного магнит.

5. Устройство полюсного башмака по п. 4, отличающееся тем, что второй Элемент полюсного башмака содержит паз, а направляющий элемент вставляется в паз второго элемента полюсного башмака и выдвигается между элементом полюсного башмака и вторым элементом полюсного башмака.

6. Элемент машины электрической машины, содержащий статор, ротор и воздушный зазор между статором и ротором, при этом элемент машины образует статор или ротор, содержащий: полюсный башмак устройство по п.1; и постоянный магнит, расположенный на приемная поверхность направляющего устройства, ограничивающая движение постоянный магнит под прямым углом к ​​радиальному направлению

7. Элемент машины по п. 6, дополнительно содержащий множество постоянных магнитов, которые образуют магнитный узел.

8. Элемент машины по п. 6, отличающийся тем, что постоянная Магнит — ферритовый магнит.

9. Электрическая машина, содержащая: статор; и ротор вращается относительно статора, при этом ротор или статор образованный элементом машины по п. 6.

10. Электрическая машина по п.9, отличающаяся тем, что электрическая машина является генератором ветряной турбины.

11. Способ сборки ротора электрической машины, включающий: обеспечение конструкции полюсного башмака, содержащего два элемента полюсных башмаков, которые образуют углубление между двумя элементами полюсного башмака, при этом каждый полюс обувной элемент состоит из внутреннего конца и внешнего конца, противоположного внутреннему конец, а внутренний конец находится напротив воздушного зазора электрического машина, когда каждый элемент полюсного башмака находится в собранном состоянии; а также обеспечение направляющего средства для направления постоянного магнита в радиальном направление от внешнего конца к внутреннему и ограничить движение постоянный магнит под прямым углом к ​​радиальному направлению во время радиально вставляя постоянный магнит в углубление.

Описание:

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ПРИЛОЖЕНИЯ

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет Европейского патентного ведомства. заявка № 12164431.4 EP, поданная 17 апреля 2012 г., приоритет Заявка Европейского патентного ведомства № 12171279.8 EP подана 8 июня 2012 г. и приоритет заявки Германии № 10 2012 220 381,8 DE, поданной 8 ноября, 2012, полное содержание которого включено в настоящий документ ссылка.

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Настоящее изобретение относится к области электротехники. машины, которые содержат элемент машины, содержащий магниты, в особые постоянные магниты, которые образуют статор или ротор электрическая машина, в которой ротор может вращаться относительно статор. Изобретение, в частности, относится к конструкции полюсных башмаков. для ротора или статора электрической машины.Изобретение далее относится к элементу машины в виде ротора или статора и электрическая машина.

Уровень техники

[0003] Электрическая машина — электромеханический преобразователь, который выполняет преобразование энергии между механической энергией и электрической энергии с помощью связи магнитного поля. Электрическая машина может быть например, электродвигатель (сокращенно мотор) или электрический генератор (сокращенно генератор) или двигатель / генератор, который может быть работал как двигатель, так и как генератор.Например, электрогенератор — электромеханический преобразователь, преобразующий механическую энергию в электрическую с помощью связи магнитного поля. An электродвигатель представляет собой электромеханический преобразователь, преобразующий электрическая энергия в механическую энергию с помощью связи магнитного поля. An Электрическая машина включает статор и ротор. Статор — это устройство, которое представляет собой стационарную часть электрического машина. Ротор может представлять собой часть или части электрического машины, которые движутся относительно статора, в частности вращаются относительно к статору.Следовательно, ротор может содержать магниты, например, для постоянные магниты экземпляра, которые вращаются относительно одного или нескольких катушки, которые содержатся в статоре. В одной форме ротор вращается о статоре.

[0004] В обычных системах намагниченный ротор и обмотанный статор производятся как независимые компоненты, а затем объединяются. Магниты встроены в цилиндрическую стальную конструкцию ротора, например, с помощью адгезии.Топология ротора для концентрации потока обычно используется для электрических машин с меньшей мощностью. Тем не менее в обычные магниты и железные части расположены близко к друг друга для достижения концентрации потока. Тем не менее эти топологии должны быть организованы до объединения ротора и статор.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Следовательно, может возникнуть необходимость облегчить сборку постоянные магниты на машинном элементе электромеханического преобразователя обеспечивая улучшенное распределение потока внутри машины элемент.

[0006] Эта потребность может быть удовлетворена предметом в соответствии с независимые претензии. Преимущественные варианты осуществления настоящего изобретения: описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

[0007] Согласно одному варианту осуществления первого аспекта предмета раскрытых здесь вопросов, конструкция полюсных башмаков предусмотрена для электрическая машина, при этом электрическая машина имеет статор, ротор и воздушный зазор между статором и ротором.Башмак устройство содержит элемент полюсного башмака, который имеет внутренний конец, при этом внутренний конец выполнен напротив воздушного зазора электрическая машина, когда элемент полюсного башмака находится в собранном состоянии. Согласно варианту осуществления элемент полюсного башмака имеет внешний конец напротив внутреннего конца, при этом между внутренним концом и внешним концом, элемент полюсного башмака содержит принимающую поверхность для приема постоянный магнит. Согласно варианту осуществления конструкция полюсного башмака содержит направляющее средство, которое выполнено для направления постоянного магнит в радиальном направлении от внешнего конца к внутреннему, и к ограничить движение постоянного магнита под прямым углом к ​​радиальному направление.

[0008] Если не указано иное, термин «воздушный зазор» здесь относится к воздушный зазор между статором и ротором электрической машины. В термин «электрическая машина» здесь относится к электромеханическому преобразователь, который предназначен для преобразования механической энергии в электрическую. энергию и / или электрическую энергию в механическую энергию с помощью связь магнитного поля.

[0009] Согласно одному варианту осуществления ротор определяет осевое направление который проходит параллельно оси вращения ротора и периферийное направление, которое параллельно направлению движения или движение точки на роторе при вращении ротора вокруг своей оси вращения.

[0010] Согласно варианту осуществления принимающая поверхность предназначена для получить хотя бы один постоянный магнит, например два или более постоянных магниты. Согласно варианту осуществления принимающая поверхность является плоской. поверхность. Плоская поверхность может позволить разместить без зазора постоянный магнит квадратной формы.

[0011] Согласно варианту осуществления, направляющее средство реализовано для расположение постоянного магнита рядом с направляющим устройством.

[0012] Согласно варианту осуществления направляющее средство включает в себя, по меньшей мере, один выступ, который выступает за принимающую поверхность. В этом случае выступ образует стопорную поверхность для постоянного магнита, который опирается на принимающая поверхность, препятствующая перемещению постоянного магнита вне позиции проекции. Согласно варианту осуществления, at по крайней мере, один выступ выполнен так, чтобы ограничить два или более постоянных магниты при движении под прямым углом к ​​радиальному направлению.В целом, согласно варианту осуществления, направляющее средство предусмотрено для того, чтобы направьте постоянный магнит движением вставки в направлении от внешнего конца к внутреннему. Кроме того, согласно варианту осуществления, Направляющее средство выполнено таким образом, чтобы предотвратить попадание постоянного магнита в его конец положение от движения под прямым углом к ​​радиальному направлению, для в случае вставки дополнительного постоянного магнита в радиальный направление относительно постоянного магнита в конечном положении, чтобы чтобы обеспечить определенное расположение двух постоянных магнитов, даже если постоянные магниты упираются друг в друга.

[0013] Согласно варианту осуществления выступ простирается примерно на растяжение поперек приемной поверхности, которая короче, чем удлинение постоянный магнит под прямым углом к ​​принимающей поверхности. В других словами, согласно одному варианту осуществления проекция выходит только за пределы часть боковой поверхности постоянного магнита. Например, выступ может выступать только на несколько миллиметров (мм) за пределы принимающего поверхность. Ширина выступа также может быть в диапазоне несколько миллиметров, e.грамм. от 2 мм до 3 мм. Согласно другому варианту осуществления выступ выходит за пределы приемной поверхности на расстояние, которое больше, чем поперечная протяженность постоянного магнита. В других словами, выступ согласно одному варианту осуществления выполнен для направления два или более постоянных магнита, которые расположены на периферии направление один за другим, и ограничить движение под прямым углом к радиальное направление. Два постоянных магнита, расположенные один за другие в периферийном направлении могут скрепляться друг с другом и образовывать например, магнитный узел.

[0014] Согласно варианту осуществления выступ выполнен монолитно с элементом полюсного башмака. Следовательно, согласно вариант, в котором элемент полюсного башмака выполнен из ферромагнитного материал, выступ также выполнен из ферромагнитного материала. Согласно варианту осуществления выступ в таком случае находится на расстояние от противоположного элемента полюсного башмака, или, если выступ противостоит дальнейшему выступу противоположного элемента полюсного башмака, расположены на расстоянии от выступа противостоящего полюсного башмака элемент.

[0015] Согласно дополнительному варианту осуществления выступ сформирован из отдельный элемент, который крепится к элементу полюсного башмака.

[0016] Согласно варианту осуществления элемент полюсного башмака имеет канавку и направляющее устройство имеет направляющий элемент, который вставляется в канавка. Направляющий элемент может быть ферромагнитным, при этом направляющий элемент расположен на расстоянии от противоположного полюсного башмака элемент или на расстоянии от направляющего средства противостоящего полюса обувной элемент.Согласно еще одному варианту осуществления направляющий элемент не ферромагнитный. В таком случае направляющий элемент, согласно одному вариант исполнения, может проходить между двумя противоположными элементами полюсного башмака. Для Например, согласно одному варианту осуществления элемент полюсного башмака является первым Элемент полюсного башмака и конструкция полюсного башмака имеет второй полюсный башмак элемент. Согласно варианту осуществления раскрытых объектов здесь первый элемент полюсного башмака и второй элемент полюсного башмака расположены на расстоянии друг от друга таким образом, чтобы формируется углубление для размещения постоянного магнита.Согласно вариант осуществления, депрессия сконфигурирована так, чтобы принимать два или более постоянные магниты. Согласно варианту осуществления множество постоянных магниты расположены в углублении. Согласно варианту осуществления элементы полюсных башмаков выполнены в форме квадрата или в разрезе углубление квадратной формы, при этом квадратная форма представляет собой прямоугольная квадратная форма. Этот вариант выполнения элементов полюсного башмака может быть реализовано, например, с помощью соответствующих наклонных приемных поверхностей.Несколько постоянных магнитов могут быть расположены внутри квадрата. например, секция депрессии. Квадратные или секционные углубление квадратной формы позволяет использовать постоянные магниты, что упрощает изготовление и сборку постоянных магниты. Постоянные магниты квадратной формы могут иметь единичный размер, при этом постоянные магниты квадратной формы предпочтительно комбинируются для образуют магнитный узел и крепятся друг к другу.В сочетании с поэтапными полюсными башмаками, ширина которых уменьшена в ступеней относительно его радиального внешнего конца, предпочтительные формы магнита узлы и соответствующие элементы полюсных башмаков, таким образом, могут быть реализованы с постоянные магниты одинакового размера.

[0017] Само собой разумеется, что термины «элемент первого полюсного башмака» и «второй элемент полюсного башмака» может относиться к любым двум противоположным полюсным башмакам. элементы электрической машины.

[0018] Согласно варианту осуществления второй элемент полюсного башмака содержит паз и направляющий элемент вставляется в паз первого элемент полюсного башмака и в паз второго элемента полюсного башмака и проходит между первым элементом полюсного башмака и вторым полюсным башмаком элемент. Как описано выше, направляющий элемент в этом случае предпочтительно не ферромагнитный, чтобы предотвратить или, по крайней мере, уменьшить утечка магнитного потока.

[0019] Согласно варианту осуществления две или более принимающих поверхностей являются расположен между двумя направляющими в радиальном направлении, приемные поверхности смещены относительно друг друга в периферическое направление. Это может быть реализовано, например, так, что каждый элемент полюсного башмака имеет первую ширину в периферийном направлении, в первое радиальное внутреннее положение и вторая ширина на периферии направлении, во втором радиальном внешнем положении, при этом первая ширина переходит во вторую ширину поэтапно в радиальном направлении, при этом вторая ширина меньше первой.

[0020] Согласно варианту осуществления конструкция полюсного башмака и в в частности, полюсный башмак проходит в продольном направлении, что проходит под прямым углом к ​​плоскости вращения ротора. Для Например, полюсный башмак в одном варианте выполнения проходит параллельно оси вращения ротора. Согласно другому варианту реализации полюсный башмак элемент проходит наклонно относительно осевого направления, при этом внутренний конец элемента полюсного башмака лежит на цилиндрической поверхности, в чтобы определить цилиндрическую внутреннюю поверхность элемента машины и таким образом создается цилиндрический воздушный зазор.

[0021] Передние поверхности элемента полюсного башмака, направленные в в продольном направлении, согласно варианту осуществления направляющей примыкающий к нему объект, расположенный на удалении от указанного направляющее устройство, чтобы таким образом удерживать постоянные магниты на приемная поверхность элемента полюсного башмака на расстоянии от лицевая сторона. Это расстояние между магнитами регулируется направляющими приспособление и передние поверхности элемента полюсного башмака или между магниты направляются направляющим устройством и концевыми пластинами, которые прикрепленные к передним граням элемента полюсного башмака, уменьшат утечка магнитного потока.

[0022] Таким образом, направляющее устройство может выступать, например, в виде направляющих ребер или канавок, в которые вставляются неферромагнитные расположены направляющие элементы или любые другие подходящие средства для направления постоянные магниты или ограничение движения постоянных магнитов на прямые углы к радиальному направлению. Согласно варианту осуществления множество параллельных направляющих устройств, например направляющих ребер расположен на элементе полюсного башмака, при этом расстояние между направляющими элементов соответствует размерам постоянных магнитов в в продольном направлении так, чтобы каждый постоянный магнит в продольном направление полюсного башмака фиксируется между двумя направляющими удобства.Это выгодно тем, что идентичные квадратные формы могут использоваться постоянные магниты, что упрощает настройку и сборка устройства полюсных башмаков. Согласно варианту осуществления магниты вставляются в радиальном направлении снаружи внутрь в углубление между двумя элементами полюсного башмака.

[0023] Согласно варианту осуществления постоянный магнит или постоянный магниты, на которые здесь сделана ссылка, образуют (и) часть магнита. сборка, состоящая как минимум из двух постоянных магнитов, которые прикреплены друг к другу таким образом, чтобы, по крайней мере, два постоянные магниты следует рассматривать как одно целое.Это облегчает сборка элемента машины или сборка постоянных магнитов в углубление между двумя противоположными элементами полюсного башмака. Согласно воплощение, это не отдельные магниты, а вместо магнитных узлов которые содержат два или более отдельных магнита, которые вводятся в депрессия. Согласно варианту осуществления форма магнита узел соответствует форме углубления, при этом каждый магнит сборка осуществляется между двумя направляющими.

[0024] Выступы и канавки сформированы согласно одному варианту осуществления. из того же материала, что и элемент полюсного башмака, и может, согласно одному вариант выполнения, при изготовлении элемента полюсного башмака, образовывать соответственно обрабатывают заготовку элемента полюсного башмака. С решением который использует две противоположные канавки в двух полюсных наконечниках и направляющем элементе проходящий между ними направляющий элемент образован ферромагнитный материал, который механически удерживает магнитный узел на расположение и положение.Направление магнитных узлов в радиальном направление облегчает сборку элемента станка, содержащего опору обувные элементы и магнитные узлы. Точно так же техническое обслуживание упрощается, поскольку магнитные узлы можно вставлять и снимать в простой способ.

[0025] Согласно варианту осуществления второго аспекта предмета В раскрытых здесь вопросах, машинный элемент электрической машины при условии, что элемент машины образует либо ротор, либо статор электрическая машина, элемент машины, содержащий: полюсный башмак компоновка согласно варианту осуществления раскрытых предметов здесь; и постоянный магнит, при этом постоянный магнит расположен на принимающей поверхности конструкции полюсного башмака и ограничена условия движения под прямым углом к ​​радиальному направлению с помощью направляющее средство.Ограничение движения под прямым углом к ​​радиальному направление обычно включает в себя процесс фиксации под прямым углом к радиальное направление.

[0026] Согласно дополнительному варианту осуществления постоянный магнит представляет собой постоянный магнит из множества постоянных магнитов, которые образуют магнитный узел. Как объяснено выше, согласно варианту осуществления, постоянные магниты магнитного узла скреплены друг с другом так, чтобы что весь магнитный узел можно вставить в полюсный башмак расположение элемента машины.Вставка происходит согласно к одному варианту осуществления в радиальном направлении, которое направлено от одного внешнего конец элемента полюсного башмака к внутреннему концу элемента полюсного башмака, при этом внутренний конец элемента полюсного башмака находится напротив воздушного зазора электрическая машина.

[0027] Согласно вариантам осуществления второго аспекта, машинный элемент настроен для обеспечения функциональности одного или нескольких вышеупомянутые варианты осуществления и / или для обеспечения функциональности по мере необходимости для одного или нескольких вышеупомянутых вариантов осуществления, в частности для варианты осуществления первого аспекта.

[0028] Согласно варианту осуществления третьего аспекта объектов раскрыта здесь, предоставляется электрическая машина, электрическая машина, содержащая статор и ротор, причем либо ротор, либо статор образован элементом машины в соответствии с одним из предыдущих претензии. Согласно варианту осуществления либо ротор, либо статор воплощенный элементом машины в соответствии с вариантом воплощения предмета вопросы, раскрытые здесь, и дополнительный элемент машины сформирован как другой из ротора и статора, при этом элемент машины может быть расположен радиально снаружи от другого элемента машины.Например, элемент машины может образовывать ротор электрической машины и электрическая машина может быть выполнена в виде внешнего ротора, при этом ротор можно вращать вокруг статора. Согласно дополнительному варианту осуществления, ротор может быть расположен с возможностью радиального вращения в пределах статор.

[0029] Согласно вариантам осуществления третьего аспекта объектов описанный здесь, электрическая машина настроена для доставки функциональность одного или нескольких вышеупомянутых вариантов осуществления и / или обеспечивать функциональность, требуемую одним или несколькими Вышеупомянутые варианты осуществления, в частности варианты осуществления первого и / или второй аспект.

[0030] Согласно четвертому аспекту раскрытых объектов здесь предложен способ сборки элемента машины из электрическая машина, способ, содержащий: обеспечение полюсного башмака устройство, состоящее из двух элементов полюсных башмаков, образующих углубление между ними, причем каждый элемент полюсного башмака содержит внутренний конец и внешний конец, противоположный внутреннему концу, и при этом внутренний конец выполнен так, чтобы противодействовать воздушному зазору электрической машины, когда полюсный башмак элемент находится в собранном состоянии.Согласно варианту осуществления способ включает в себя обеспечение направляющего устройства, которое выполнено таким образом, чтобы направьте постоянный магнит в радиальном направлении от внешнего конца к внутренний конец и для ограничения движения постоянного магнита под прямым углом в радиальном направлении. Согласно еще одному варианту осуществления способ включает радиальную вставку постоянного магнита в углубление, при этом при радиальном введении направляющее устройство ограничивает перемещение постоянный магнит под прямым углом к ​​радиальному направлению.

[0031] Согласно вариантам осуществления четвертого аспекта способ настроен для обеспечения функциональности одного или нескольких из вышеупомянутых вариантов реализации и / или предоставления функциональных возможностей, как того требует один или ряд вышеупомянутых вариантов осуществления, в частности варианты осуществления первый, второй и / или третий аспект.

[0032] Впоследствии раскрыты дополнительные варианты осуществления объектов здесь описаны, при этом приведенные ниже варианты осуществления могут быть объединены произвольно с предыдущими вариантами осуществления или может применяться к предыдущие варианты.

[0033] Согласно дополнительному аспекту раскрытых объектов здесь для элемента машины (например, ротор) электрической машины, в частности для прямого привода концепция генератора с внешним ротором, в которой электрическая машина включает статор и ротор, которые могут вращаться вокруг статора.

[0034] Согласно варианту осуществления конструкция полюсного башмака включает в себя первый элемент полюсного башмака, который выполнен из ферромагнитного материала, и второй элемент полюсного башмака, который выполнен из ферромагнитного материала, при этом первый элемент полюсного башмака и второй элемент полюсного башмака являются крепится к опорной конструкции, например, к опоре ротора состав.Первый элемент полюсного башмака и второй элемент полюсного башмака проходят в осевом направлении ротора и расположены на расстоянии относительно друг друга в периферийном направлении ротора, такие что углубление сформировано для размещения узла магнита. Каждый элемент полюсного башмака имеет в периферийном направлении первую ширину в первое радиальное внутреннее положение, а в периферийном направлении второе ширина во втором радиальном внешнем положении, при этом в радиальном положении первая ширина постепенно переходит во вторую ширину, и при этом вторая ширина меньше первой ширины.

[0035] Термин «опорная конструкция» может относиться в этом контексте к конструкция элемента машины, например ротора, к которому все закреплены необходимые элементы.

[0036] Термин «элемент полюсного башмака» обычно относится к магнитным элементы, которые обеспечивают распределение потока, обеспечиваемое магниты. Элементами полюсного башмака могут быть стальные стержни, например стальные. стержни ротора, которые принимают магниты и магнитный поток.В в обычных системах полюсный башмак выполнен как отдельный элемент между магнитами, при этом полюсный башмак прикреплен к поверхности ротора с зазорами между полюсными наконечниками и магнитами. Использование шеста описанная здесь конструкция обуви улучшает распределение магнитное поле, которое протекает через ротор, в то время как аналогично между соседними магнитами поставлена ​​электрическая изоляция. Поляков между элементы полюсных башмаков могут снабжаться магнитами.

[0037] Варианты реализации конструкции полюсного башмака, описанного здесь, с ширина, которая изменяется поэтапно, основана на идее, что при использовании описанная компоновка, улучшенная сборка лежащей снаружи машины элемент может быть достигнут, так как магниты могут быть введены в элемент машины после совмещения ротора и статора. В Основа описанной компоновки — модульное построение поверхности собранных элементов машин топологии с постоянными магнитами, одновременно улучшая концентрацию или распределение потока.Даже если однако элемент машины образует и расположенный внутри элемент машины, сборка постоянного магнита (ов) в любом случае облегчается варианты раскрытых здесь объектов, которые позволяют вставка постоянного магнита в элемент машины в радиальном направление.

[0038] Использование описанного устройства может обеспечить полностью модульная поверхность элемента машины, при этом вся поверхность элемент машины, противостоящий воздушному зазору, изготовлен из отдельных компоненты.Поскольку, согласно варианту осуществления, все компоненты, например столб элементы обуви и магниты радиально доступны снаружи, обслуживание и ремонт элементов машины, в частности магнитов которые потерпели неудачу, могут быть проще.

[0039] Согласно варианту осуществления раскрытых здесь объектов, первый элемент полюсного башмака и второй элемент полюсного башмака прикреплены к опорную конструкцию с помощью болтов. Опорная конструкция может содержат различные части, к которым могут быть прикреплены элементы полюсных башмаков.В в другом варианте осуществления первый элемент полюсного башмака и второй полюсный башмак элемент крепится к опорной конструкции с помощью клея или болтов или другое крепежное средство.

[0040] Согласно другому варианту осуществления ферромагнитный материал представляет собой магнитная сталь. Состав магнитной стали может варьироваться при условии магнитная сталь обеспечивает ферромагнитные характеристики, чтобы получить поток магнитов.

[0041] Согласно дополнительному варианту осуществления часть каждого элемента полюсного башмака, который расположен на конце элемента машины, направленном радиально внутрь, выполнен как часть ламинированной конструкции.

[0042] Ламинированная структура может использоваться для уменьшения потерь на вихревые токи, что может произойти в таком элементе машины. В частности, эта часть элемент полюсного башмака может быть изготовлен из многослойных стальных листов. Остальная часть элемента полюсного башмака может быть в виде сплошного состав. Это может обеспечить хорошую устойчивость элемента полюсного башмака. и хорошее распределение потока. Ламинирование может существовать в осевом или периферийное направление, в соответствии с дополнительным элементом машины напротив элемента машины, которым может быть, например, статор, если Элемент машины образует ротор электрической машины.

[0043] Согласно дополнительному варианту осуществления часть ламинированной структуры имеет в поперечном сечении форму трапеции под прямым углом к ​​осевому направление ротора.

[0044] Как правило, элемент полюсного башмака, согласно одному варианту осуществления, может содержат радиальную внутреннюю часть, которая включает в себя внутренний конец полюса обувной элемент, причем радиальная внутренняя часть имеет форму трапеции поперечное сечение таким образом, чтобы ширина радиальной внутренней части уменьшается радиально наружу в одном направлении.Термин «ширина полюса элемент обуви »относится здесь и в целом к ​​размерам полюса обувного элемента в периферийном направлении.

[0045] В результате элементы полюсных башмаков имеют форму трапеции. поперечное сечение в их радиальной внутренней части в плоскости под прямым углом к в осевом направлении ротора, указанные элементы полюсных башмаков могут быть расположены близко друг к другу, при этом концы трапеции могут упираться в один Другая.Согласно другому варианту кончики трапеции соседние элементы полюсных башмаков могут быть расположены на расстоянии от одного Другая. Если магнитный узел имеет прямоугольную форму, воздушный зазор может быть достигается между воздушным зазором между ротором и статором, магнитом и элементы полюсных башмаков. Другими словами, магнитный узел находится в этом корпус расположен на расстоянии от воздушного зазора между ротором и статор. Это может улучшить распределение потока.

[0046] Согласно другому варианту неферромагнитное покрытие крепится к магнитному узлу.

[0047] Крышка может обеспечивать защиту магнитов, а также крепление магнитов. Кроме того, крышка может обеспечить крепление для устранения вибрации в радиальном направлении на учет допусков магнитной детали. Крышка может быть неферромагнитной. сталь или алюминий, расположенный на внешней периферии магнита сборка. Покрытие может состоять из слоя мягкого или увлажняющего материала. (например, поролон или резина), который расположен между крышкой и магнитный узел.Сдвинув крышку с внешней периферии в радиальном направлении, гибкий или мягкий материал может позволить крышке переместитесь вниз настолько, насколько это требуется из-за допусков на магниты или магнитные узлы.

[0048] Крышка может быть привинчена к элементам полюсных башмаков. Это может также помогают удерживать магнитные узлы на месте и в нужном положении.

[0049] Помимо механического увлажнения, увлажняющий материал может также служат в качестве уплотнения, чтобы исключить попадание частиц, влаги или солености воздух, вода или любой другой тип жидкости или грязи от проникновения в электрическая машина.

[0050] Согласно еще одному варианту осуществления концевые пластины расположены на осевые концы элемента машины (например, ротора).

[0051] Элементы полюсных башмаков могут быть расположены под углом между торцами. пластины, чтобы учесть смещение. Торцевые пластины могут быть изготовлены из немагнитного материала, чтобы предотвратить короткое замыкание магнитов. Торцевые пластины можно использовать для крепления элементы полюсного башмака к элементу машины (например,грамм. к ротору).

[0052] Согласно дополнительному аспекту раскрытых объектов здесь представлена ​​электрическая машина, включая статор и ротор. как описано выше, при этом ротор может вращаться относительно статор и один из ротора и статора образованы элементом машины согласно одному или нескольким вариантам осуществления, раскрытым в данном документе. Согласно варианту осуществления элемент машины расположен так, чтобы лежать снаружи, я.е. элемент машины образует расположенный снаружи ротор или наружный статор. Как обычно принято, «лежащий снаружи» в этом контекст означает, что элемент машины расположен радиально вне дополнительный элемент машины.

[0053] Представленная электрическая машина основана на идее, что магниты может быть вставлен в элемент машины, как только ротор и статор были объединены. Этого можно добиться с помощью расположенного снаружи устройства. элементов полюсного башмака, которые обеспечивают выход наружу элемент машины для вставки магнитного узла.

[0054] Согласно дополнительному аспекту раскрытых объектов здесь используется ветряная турбина для выработки электроэнергии. В при условии, что ветрогенератор включает в себя башню, ротор ветряной турбины, который расположен в верхней части башни и содержит не менее одного лезвие и электрическая машина в виде генератора, как описано здесь генератор механически соединен с ветряной турбиной. ротор, например, без подключения привода (прямой привод генератор).

[0055] При проектировании ветряной турбины выгодно сохранять массу в верхней части башни, то есть, в частности, масса гондолы и генератора до минимума. Таким образом, затраты на транспортировку а для фундамента и башни сравнительно невысокие. Небольшой вес генератор может быть получен с предоставленной номинальной мощностью генератора постоянными магнитами, например, которые содержат редкоземельные элементы (редкоземельные магниты).Тем не менее, редкоземельные магниты дороги и очень высокие магнитные силы. Замена редкоземельных магнитов в обычный генератор вряд ли возможен после установки генератор в ветряной турбине.

[0056] Генератор согласно вариантам осуществления предмета раскрытый здесь решает или, по крайней мере, уменьшает некоторые из проблем обычные генераторы для ветряных турбин. Согласно варианту осуществления предметы, раскрытые в данном документе, по меньшей мере, один постоянный магнит это ферритовый магнит.Хотя в результате при той же номинальной мощности масса генератора может быть больше, чем у обычных генераторов с редкоземельными магнитами, генератор экономичнее производство и уровень цен на ферритовый магнит более постоянны чем у редкоземельного магнита. Кроме того, магниты можно легко заменяется, даже если генератор уже установлен на ветру турбина. В частности, для внешних роторов (т. Е. Генератора с наружный ротор), замена может быть легко произведена, например, с помощью небольшой подъемный кран в гондоле.Поэтому установка или замена дефектные магниты могут иметь место только тогда, если генератор уже установлен в ветряной турбине. Еще одно преимущество ферритовых магнитов: что температура магнита менее проблематична, чем в случае редких земных магнитов и, таким образом, облегчается охлаждение генератора.

[0057] Согласно варианту осуществления ферритовые магниты собраны в генератор в виде магнитного узла. В общем, это рентабельно и эффективно производить постоянные магниты в стандартного размера и разместить то же самое в сборке.

[0058] Согласно варианту осуществления электрическая машина представляет собой непосредственно ведомый генератор ветряной турбины с наружным ротором.

[0059] Следует отметить, что варианты осуществления были описаны в отношении различные темы. В частности, были описаны некоторые варианты осуществления. в отношении пунктов формулы изобретения типа устройства, в то время как другие варианты осуществления были описаны в отношении формул типа метода. Тем не менее специалист в данной области сделает вывод из предыдущего и последующего описание, которое, если не указано иное, в дополнение к каждому сочетание характеристик, относящихся к определенному типу предметов, каждая из которых сочетание функций, относящихся к разным предметам, в особенности между признаками формулы изобретения типа и особенностей аппарата претензий типа способа считаются раскрытыми с этим документ.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0060] Определенные выше аспекты и дополнительные аспекты настоящего изобретения понятны из примеров вариантов осуществления, которые должны быть описаны ниже, и которые поясняются со ссылкой на примерный варианты. Ниже изобретение описано более подробно с помощью ссылка на примерные варианты осуществления, к которым, тем не менее, относится изобретение не ограничивается.

РИС.1 показывает устройство башмака для столбов согласно вариантам осуществления предметы, раскрытые в данном документе.

РИС. 2 показано другое устройство полюсных башмаков в соответствии с варианты осуществления объектов, раскрытых в данном документе.

РИС. 3 показано другое устройство полюсных башмаков в соответствии с варианты осуществления раскрытых здесь объектов.

[0064] РИС. 4 показано другое устройство полюсных башмаков в соответствии с варианты осуществления раскрытых здесь объектов.

РИС. 5 показывает вид в разрезе части элемента полюсного башмака. конструкции полюсного башмака по фиг. 4.

РИС. 6 показан элемент полюсного башмака согласно вариантам осуществления предметы, раскрытые в данном документе.

[0067] РИС. 7 показывает устройство башмака для столбов согласно вариантам осуществления предметы, раскрытые в данном документе.

[0068] РИС. 8 показывает ротор согласно вариантам осуществления объекта. вопросы, раскрытые в настоящем документе.

РИС. 9 показан другой ротор согласно вариантам осуществления предметы, раскрытые в данном документе.

РИС. 10 показан магнитный узел согласно вариантам осуществления предметы, раскрытые в данном документе.

РИС. 11 показывает электрическую машину согласно вариантам осуществления предметы, раскрытые в данном документе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изображение на чертежах схематично.Отмечается, что аналогичные или идентичные элементы имеют одну и ту же ссылку цифры на различных рисунках.

РИС. 1 показано устройство 100 полюсных башмаков. может использоваться, например, для ротора электрической машины, при этом электрическая машина состоит из статора и ротора, которые могут быть вращается вокруг статора. Согласно другому варианту осуществления (не показан), ротор может быть расположен с возможностью вращения внутри статора, при этом в этом случае расположенный снаружи статор может содержать полюсный башмак. расположение 100 например.В качестве альтернативы внутренний ротор или Внутренний статор может также содержать устройство 100 полюсного башмака. Устройство полюсного башмака включает в себя первый элемент 101 полюсного башмака и второй Элемент 102 полюсного башмака. Оба элемента полюсного башмака могут быть изготовлены из ферромагнитный материал, такой как ферромагнитная сталь. Башмак элементы могут принимать поток магнитного узла. Согласно вариант, электрическая машина, как описано в отношении чертежи, представляет собой генератор.Согласно еще одному варианту осуществления машина Элемент, как описано со ссылкой на чертежи, представляет собой ротор. это очевидно, однако, что это только пример и что согласно другим В вариантах осуществления электрическая машина может быть двигателем и / или машиной. элемент статора, например.

[0074] Элементы 101, 102 полюсных башмаков прикреплены к ротору для к опорной конструкции ротора (не показана). Элементы полюсного башмака проходят в продольном направлении 151, например, в осевом направление, как видно на фиг.3, где элемент 101 полюсного башмака Устройство 300 полюсного башмака показано на осевом виде. Башмак элементы 101, 102 расположены на расстоянии друг от друга в периферийное направление ротора, так что в чтобы принять узел 103 магнита. Форма углубления может соответствуют форме магнитного узла. Например, контур узла магнита может дополнять контур депрессия.Каждый элемент полюсного башмака имеет первую ширину на периферии. направлении в первом радиальном внутреннем положении и имеет вторую ширину в периферийное направление во втором радиальном внешнем положении. Другими словами, элементы полюсных башмаков становятся тоньше по направлению к радиальному внешнему концу ротор. Тем не менее внутренняя ширина в этом случае больше, чем внешняя ширина. Переходы между ширинами формируются поэтапно. согласно одному варианту осуществления. Согласно другому варианту осуществления может происходить переход между первой шириной и второй шириной непрерывно.Например, элемент полюсного башмака по одному вариант может иметь коническое поперечное сечение.

[0075] Наибольшая ширина находится в положении рядом с воздушным зазором 104 между ротор и статор 106 (или магнитный воздушный зазор электрического машина). Наименьшая ширина находится в позиции, близкой к внешней 105 (воздух) ротора. Например, элемент 101, 102 полюсного башмака может быть наибольшая ширина на его внутреннем конце, обращенном к воздушному зазору 104, и наименьшая ширина на внешнем конце, противоположном внутреннему.

[0076] РИС. 2 показано устройство 200 выставочного центра в соответствии с вариантами осуществления. из предметов, раскрытых в данном документе.

[0077] Согласно варианту осуществления самая широкая часть полюсного башмака элемент 101 в периферийном направлении, то есть часть 201, которая также ближайший к магнитному воздушному зазору электрической машины, справа углов к продольному направлению (например, перпендикулярно к в продольном направлении) может иметь поперечное сечение в виде трапеция, которая сужается по ширине в направлении от воздушный зазор, как показано на фиг.2. Эта часть 201 элемента полюсного башмака 101 может быть изготовлен из ламинированной структуры. Это может быть выгодно с точки зрения снижения потерь на вихревые токи. Как показано на фиг. 2, ламинаты могут быть расположены обширно, то есть последовательность различные слои ламинирования имеют место в периферийном направлении 149.

[0078] Согласно другому варианту осевое расположение слоистые пластинки показаны на фиг. 3, т.е. последовательность слоев в детали 301 элемента 101 полюсного башмака, который противостоит воздушному зазору, занимает место в продольном направлении 151.Согласно варианту осуществления расположение пластин должно соответствовать расположению статор.

РИС. 4 показывает устройство 100 башмака для столбов согласно вариантам осуществления. из предметов, раскрытых в данном документе.

Устройство 100 полюсного башмака на фиг. 4 показан элемент полюсного башмака. 101, имеющий внутренний конец 120, расположенный напротив воздушного зазора электрического машины, т.е. лицом к ней, если элемент 101 полюсного башмака собран на его предусмотренное положение в электрической машине, т.е.е. находится в собранном штат. Согласно варианту осуществления элемент полюсного башмака содержит внешний конец 122, противоположный внутреннему концу 120, при этом элемент полюсного башмака 101 имеет принимающую поверхность 124 между внутренним концом 120 и внешним конец 122, который предназначен для получения одного или нескольких постоянных магниты. Согласно варианту осуществления один или несколько постоянных магнитов расположен (не показан на фиг. 4) на приемных поверхностях 124 Элемент полюсного башмака 101.Согласно варианту осуществления, количество принимаемых поверхности 124 могут быть выполнены в радиальном направлении 125, например три принимающие поверхности 124, как показано на фиг. 4.

[0081] Согласно варианту осуществления элемент 101 полюсного башмака содержит направляющее средство 126, при этом направляющее средство выполнено для направления постоянный магнит, который расположен на принимающей поверхности 124, в радиальное направление 125 от внешнего конца 122 к внутреннему концу 120 и для ограничения движения постоянного магнита под прямым углом к ​​радиальному направление 125.Это предотвращает наличие магнитов, уже размещенных на приемном устройстве. поверхность от смещения вбок, то есть под прямым углом к ​​радиальному направлении, если еще один постоянный магнит расположен рядом с уже существующий постоянный магнит. Сборка и разборка Таким образом, электрическая машина значительно упрощается.

[0082] Согласно варианту осуществления каждый элемент полюсного башмака в первом радиальное внутреннее положение 132 в периферийном направлении 149 имеет первую шириной 134 и во втором радиальном внешнем положении 136 в периферийном направление 149 имеет вторую ширину 138.Согласно варианту реализации предметах, раскрытых здесь, первая ширина проходит в радиальном направление 125 во вторую ширину поэтапно, чтобы образовать ступень 140. Согласно варианту осуществления принимающие поверхности 124 полюсного башмака элементы 101 отделены друг от друга ступенями 140, так как показанный на фиг. 4. Согласно варианту осуществления элемент 101 полюсного башмака может состоять из одной ступени, соответственно, двух приемных поверхностей 124 в радиальное направление 125.Согласно другому варианту два или более могут быть предусмотрены ступени 140, например две ступени 140, как показано на фиг. 4. Согласно варианту осуществления элемент полюсного башмака выполнен симметрично с точки зрения его функции, то есть с двух сторон 142 и 144 элементы 101 полюсного башмака, обращенные друг от друга, выполнены в виде так, чтобы обе стороны 142, 144 имели принимающие поверхности 124 и направляющие оборудование 126. Это выгодно тем, что однополюсный башмак 101 может быть оборудован с обеих сторон постоянными магнитами.

[0083] Согласно варианту осуществления, направляющее средство 128, которое рядом с передней поверхностью 145 элемента полюсного башмака, расположен на расстояние 147 от передней грани 145. Другими словами, согласно вариант осуществления, наиболее удаленный постоянный магнит в продольном направлении (не показан на фиг.4) расположен на осевом расстоянии от передней части лицо 145. Таким образом, передний постоянный магнит расположен на расстояние от торцевой пластины, которая расположена на передней поверхности 145 элемент полюсного башмака.Это может уменьшить утечку магнитного потока. В торцевая пластина не показана для ясности на фиг. 4, но, тем не менее, описан и отображен со ссылкой на фиг. 8 и фиг. 9.

[0084] Согласно варианту осуществления направляющее средство 126 содержит: минимум один выступ 128, который выступает за принимающую поверхность 124.

[0085] РИС. 5 показан вид в разрезе части полюсного башмака. элемент 101 с фиг.4.

Как показано на фиг. 5, выступ 128 направляющего устройства 126 проецируется на расстояние 130 за принимающую поверхность 124. Кроме того, выступ 128 имеет ширину 131 выступа. Расстояние 130 и ширина 131 выступа согласно варианту осуществления находится в диапазоне несколько миллиметров, например от 2 до 3 миллиметров. Согласно варианту реализации выступ выполнен монолитно. с элементом 101 полюсного башмака.Например, проекция может быть сформированный в элементе полюсного башмака посредством механической обработки, для экземпляр механообработки.

РИС. 6 показан дополнительный элемент 101 полюсного башмака согласно варианты осуществления раскрытых здесь объектов.

[0088] За исключением направляющего устройства 126, которое выполнено иначе, элемент 101 полюсного башмака, показанный на фиг. 6, идентичен элемент 101 полюсного башмака, показанный на фиг.4, в результате чего подробное описание не повторяется.

[0089] Согласно варианту осуществления направляющее средство 126 между двумя принимающие поверхности 124 содержат паз 146 в элементе полюсного башмака. 101, в который может быть вставлен направляющий элемент.

[0090] РИС. 7 показывает устройство 100 башмака для столбов согласно вариантам осуществления. из предметов, раскрытых в данном документе.

Устройство 100 полюсного башмака на ФИГ.7 состоит из множества элементы полюсного башмака, из которых первый элемент 101 полюсного башмака и второй Элемент 102 полюсного башмака показан на фиг. 7. Первый элемент полюсного башмака. 101 и второй элемент 102 полюсного башмака расположены напротив одного другой и на таком расстоянии друг от друга, что впадина 148 образованный между первым элементом 101 полюсного башмака и вторым полюсным башмаком элемент 102. Углубление 148 ограничено в периферийном направлении. 149 приемными поверхностями 124 элементов 101, 102 полюсных башмаков, как показанный на фиг.7. Согласно варианту осуществления углубление 148 является воплощены для приема постоянных магнитов.

[0092] Каждый элемент 101, 102 полюсного башмака включает канавку 146. Согласно В варианте осуществления каждый элемент 101, 102 полюсного башмака выполнен как столб обувной элемент 101 на фиг. 6. Для ясности, только два противоположных канавки 146 элементов 101, 102 полюсных башмаков показаны на фиг. 7. Согласно варианту осуществления конструкция 100 полюсного башмака включает в себя направляющий элемент 150, который не является ферромагнитным и который вставляется в паз 146 элементов 101, 102 полюсных башмаков.Согласно В варианте осуществления направляющий элемент 150 проходит между двумя противоположными полюсами. обувные элементы 101, 102. Согласно варианту осуществления направляющий элемент 150 имеет контур на своей поверхности, обращенной к канавке 146, которая соответствует контуру элемента полюсного башмака в канавке 146 и на этапах 140.

[0093] Согласно варианту осуществления канавка 146 имеет глубину канавки 152. и ширина канавки 54, каждая из которых находится в диапазоне нескольких миллиметров, е.грамм. от 2 миллиметров до 3 миллиметров.

[0094] Согласно другому варианту осуществления (не показан на фиг. 7) направляющая элемент 150 простирается только на ограниченное расстояние по принимающей поверхность 124, при этом направляющий элемент расположен на расстоянии от противоположный элемент полюсного башмака и на расстоянии от противоположной направляющей элемент в противоположном элементе полюсного башмака. Другими словами, гид элемент 150 может быть выполнен так, чтобы образовывать только один выступ, который выступает за принимающую поверхность 124, аналогично выступу 128 на фиг.4. В этом случае не один направляющий элемент 150 назначены противоположным канавкам двух противоположных элементов полюсного башмака, но вместо этого в каждом из противоположных канавок 146. Предусмотрены противоположные направляющие элементы 150 двух соседних элементы 101, 102 полюсных башмаков расположены на расстоянии друг от друга, направляющий элемент 150 может быть ферромагнитным.

[0095] Согласно варианту осуществления канавка 146 используется для крепления или помогает закрепить направляющий элемент 150 на полюсном башмаке элемент 101, 102.Согласно другому варианту осуществления канавка 146 не предоставлена. Паз 146 и / или другое крепежное средство обычно может быть предназначен для крепления направляющего элемента 150 к элементу 101 полюсного башмака, 102. Такое другое крепежное средство может включать, например, сварку, клей, завинчивание, заклепка и т. д. Например, направляющий элемент 150 может быть приварен или приклеен к элементу 101, 102 полюсного башмака.

Как показано на фиг. 8, торцевые пластины 401, 402 могут быть расположены на осевые концы ротора 400 (например, на передних сторонах полюса обувные элементы 101), e.грамм. в виде передней пластины и задней пластины. Элементы 101 полюсных башмаков могут быть прикреплены к ротору с помощью сваркой или прикручиванием к концевым пластинам. Множество полюсных башмаков элементы 101 могут быть расположены на конструкции ротора, каждый из которых проходит между двумя концевыми пластинами и расположен на расстоянии от следующего полюса обувной элемент так, чтобы образовать углубление для узла магнита.

Как показано на фиг. 9 магнитные узлы 103 могут быть вставлены в углубления, которые образуются элементами полюсных башмаков.Согласно согласно варианту осуществления радиальная внешняя поверхность ротора 500 тогда покрытые магнитными узлами. Магнитные узлы могут быть покрыты немагнитный материал, обеспечивающий защиту.

[0098] Согласно варианту осуществления узел магнита, как показано посредством Например, магнитным узлом 600 на фиг. 10, состоит из множества отдельных постоянных магнитов с 601 по 604, которые образуют контур депрессия. Отдельные магниты (постоянные магниты) предпочтительно не более 25 см по длине края.

В примере, показанном на фиг. 10 магнитный узел состоит из 15 частей. Части магнита (постоянные магниты) имеют точно такие же Габаритные размеры. Это может быть выгодно, поскольку конструкция является модульной и с различными магнитами легко обращаться. Части магнита могут состоят из разных материалов. Например, части 601 магнита, которые расположены ближе к воздушному зазору, имеют более высокую напряженность коэрцитивного поля, чтобы лучше выдерживают концевое намагничивающее поле, которое сопровождает магнит в случае короткого замыкания.Остальные магниты 602, 603 и 604 может иметь более низкую коэрцитивную напряженность поля.

[0100] РИС. 11 показана часть полностью электрической машины 700. согласно вариантам осуществления объектов, раскрытых здесь в форма генератора, в частности ветряная турбина генератор. Ротор 710 выполнен с возможностью вращения вокруг статор 720. Статор соединен с валом 706 и содержит катушку. устройство 705, в котором между катушками образованы воздушные зазоры 704.

[0101] Воздушный зазор 104 образован между ротором 710 и статором 720. Кроме того, воздушный зазор 702 образован элементами 101, 102 полюсных башмаков. и магнитный узел 103. Дополнительный магнитный узел 103 может быть расположены по бокам элементов полюсного башмака, лежащих напротив магнитный узел 103. Дается прямая ссылка на тот факт, что он не разрешается менять местами воздушные зазоры 702 и 704 с воздушным зазором. 104 между ротором 710 и статором 720.Приведенная ссылка сделана здесь, в другой точке к «воздушному зазору», воздушный зазор между ротором и всегда подразумевается генератор, если не указано иное, как в случай воздушных зазоров 702 и 704. Как описано здесь, магнитные узлы согласно варианту осуществления может содержать множество ферритовых магнитов скреплены друг с другом.

[0102] Крышка 701 может быть расположена на верхней части магнитного узла 103. по направлению к наружным частям 105 ротора, которые могут быть воздухом.Это может обеспечить защита от загрязнения. Если крышка 701 сформирована из немагнитный материал, он также может обеспечить защиту от короткое замыкание и уменьшить утечку магнитного потока. Чтобы уменьшить вибрации, демпфирующий материал 703 может быть размещен между крышкой 701 и магнитный узел 103.

[0103] Описанные здесь устройства полюсных башмаков и магнитные узлы может дать следующие преимущества: не требуется обратный путь железа; вместо этого можно использовать немагнитное покрытие с демпфирующим эффектом.Нет требуется передняя железная дорожка, что приводит к воздушному зазору между опорами обувь в периферийном направлении. Модульная конструкция магнитного модуля может быть достигается за счет использования одинаковых геометрических размеров частей магнита. Это также может привести к простой сборке из-за типа головоломки. конструкция, в которой все магнитные модули вставлены между двумя полюсными башмаками ротора элементы. Модульность конструкции также позволяет производить сборку из боковая (воздушная), что позволяет снизить транспортные расходы.Кроме того, сервис и обслуживание ротора стало проще за счет более легкого доступа к магнитные модули и полюсные элементы. Модульная конструкция также позволяет для возможности замены в случае неисправности магнитного модуля или полюса обувной элемент. Поскольку механическая и электромагнитная структура сочетаются функциональность, оптимальное использование материала и компактность электрическая машина может быть достигнута.

[0104] Размеры, представленные в данном документе, предназначены только для указания примерных возможные размеры соответствующих элементов.Очевидно, что эти примерные размеры всегда должны соответствовать требованиям и размер электрической машины и примерные размеры могут, таким образом, могут быть значительно превышены или даже не соблюдаться.

[0105] Также следует отметить, что термины «содержащий» и «включающий» не исключают другие элементы или шаги, а «а» не исключает множество. Элементы, которые описаны вместе с разными варианты, также могут быть объединены.Также следует отметить, что ссылка символы в формуле изобретения не следует настраивать как ограничивающие Объем притязаний.

[0106] Таким образом, устройство 100 полюсного башмака для ротора или статора раскрыта электрическая машина, причем электрическая машина состоит из статора, ротора и воздушного зазора между статором и ротор. Устройство 100 полюсного башмака содержит элемент 101 полюсного башмака, который имеет внутренний конец 120, который выполнен так, чтобы лежать напротив воздушный зазор электрической машины, когда элемент 101 полюсного башмака находится в в собранном состоянии.Кроме того, элемент 101 полюсного башмака содержит внешний конец 122, противоположный внутреннему концу 120. Элемент 101 полюсного башмака содержит приемную поверхность 124 для приема постоянного магнита между внутренним концом 120 и внешним концом 122. Кроме того, полюс обувное устройство 101 содержит направляющее средство 126 для постоянного магнит, при этом направляющее устройство 126 выполнено так, чтобы направлять постоянного магнита в радиальном направлении 125 от внешнего конца 122 к внутренний конец 120 и для ограничения движения постоянных магнитов справа углы к радиальному направлению 125.

Заявка на патент Адрианы Кристины Урды, Odense M DK

Патентные заявки Сильвио Семмера, Бранде, DK

.