Патент на изобретение №2253175

(54) МОДУЛЬ ОБМОТОК ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области электротехники, а именно – к вращающимся электрическим машинам. Сущность изобретения состоит в том, что модуль (18) обмоток для вращающейся электрической машины включает в себя, по меньшей мере, одну плоскую обмотку (19), расположенную на теле ротора, торцевая часть витков которой изогнута под углом. При этом вершина (19В) изогнутой под углом торцевой части витков выровнена с осью (21) вращения ротора. Технический результат от использования данного изобретения состоит в том, что предлагаемая плоская обмотка модуля обеспечивает возможность осевого смещения под нагрузкой, которое позволяет торцевым частям обмотки удлиняться и укорачиваться при изменениях числа оборотов ротора, не создавая растяжения, а также снижении напряжений обмотки при различных условиях работы электрической машины. 3 с. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Эта заявка утверждает выгоду предварительной заявки на патент США с порядковым №60/169242, зарегистрированной 6 декабря 1999 г., полное содержание которой включено здесь путем ссылки.

Предпосылки создания изобретения

Настоящее изобретение касается вращающихся электрических машин, и более конкретно составного двухполюсного ротора генератора, включающего в себя либо плоские обмотки, либо сверхпроводящие обмотки возбуждения.

В электрических машинах, имеющих ротор и статор, ротор снабжают обмотками возбуждения, а статор снабжают обмотками якоря. Ротор имеет вал для вращения. Однако при составной структуре ротора валы на каждом конце тела ротора требуют образования торцов обмотки возбуждения в виде дуги, концентрической относительно вала (Фиг.1.) Эта конструкция ротора, содержащая модули ротора и обмотки, имеющие изогнутые торцы, описана в находящейся в процессе одновременного рассмотрения заявке на патент США с порядковым №0949504, зарегистрированной 26 января 2000 года.

Желательно делать плоской конструкцию витков обмоток модулей и исключить дуги, требуемые для концентричности с валом. Плоская конструкция обмотки описана в находящейся в процессе одновременного рассмотрения заявке на патент США с порядковым №0949504 (Досье поверенного 2734-23, GE Досье RD-27, 503/USA). Однако плоские обмотки с прямыми торцевыми витками, идущими диаметрально через ротор, склонны к удлинению под действием центробежных сил. Введение возможности осевого смещения под нагрузкой может позволить торцевым частям удлиняться и укорачиваться при изменении числа оборотов ротора, не создавая растяжения. С другой стороны, незафиксированная торцевая часть будет подвергаться минимальным наводимым центробежным силам и действию поддержания от прямой части секции обмотки.

Краткое изложение сущности изобретения

В варианте осуществления изобретения модуль обмоток для ротора содержит, по меньшей мере, одну плоскую обмотку, торцевая часть витков которой изогнута под углом, причем вершина изогнутого под углом торца витков выровнена с осью вращения. Модуль обмоток может включать в себя множество плоских обмоток и блоков, расположенных между обмотками.

В другом варианте осуществления изобретения ротор включает в себя тело ротора, определяющее рабочие поверхности полюсов и имеющее параллельные боковые стороны, перпендикулярные к рабочим поверхностям полюсов. Модуль обмоток располагают над параллельными боковыми сторонами тела ротора, и он включает в себя, по меньшей мере, одну плоскую обмотку, торцевая часть витков которой изогнута под углом. Вершина изогнутого под углом торца витков выровнена с осью вращения. Пара валов прикреплена к соответствующим торцам тела ротора, выполненных с возможностью крепления концов модуля обмоток к телу ротора.

Еще в одном варианте осуществления изобретения модуль обмоток ротора для полей возбуждения электрической машины включает в себя, по меньшей мере, одну плоскую обмотку, форма которой предусматривает возможность осевого смещения под нагрузкой, которое позволяет торцевым частям удлиняться и укорачиваться при изменении числа оборотов ротора.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 иллюстрирует узел ротора генератора, включающий в себя ротор и модули обмоток с изогнутыми торцами;

Фиг.2 иллюстрирует соответствующий настоящему изобретению элемент плоской обмотки;

Фиг.3 иллюстрирует пример, использующий трехсекционную обмотку; и

Фиг.4 представляет чертеж сборки ротора генератора, включающего соответствующую настоящему изобретению плоскую обмотку.

Подробное описание изобретения

На Фиг.1 представлен узел ротора, показанный в находящейся в процессе одновременного рассмотрения заявке на патент США. Узел включает в себя многополюсный магнитный сердечник 32 (показан двухполюсный сердечник), валы 33 и множество модулей обмоток 34, по одному для каждого полюса. Соответствующие рабочие поверхности 36 полюсов образованы на концах ротора. Как показано на чертеже, модули 34 обмоток параллельны боковым сторонам двухполюсного магнитного сердечника 32. Эти модули 34 обмоток изогнуты дугообразно, концентрично с валами 33. Однако желательно делать конструкцию обмоток плоской для снижения стоимостей изготовления и сборки.

Фиг.4 представляет чертеж сборки ротора по настоящему изобретению. Как показано на чертеже, ротор делится, по меньшей мере, на три детали, включающие в себя тело 12 ротора и пару съемных валов 14 в форме вилок. Валы 14 содержат выемки 16. Модуль 18 обмоток включает в себя множество плоских обмоток возбуждения, расположенных впритык, и содержит окно 20, имеющее такой размер, чтобы он мог располагаться над телом 12 ротора. Конструкция расположения впритык обмоток образована с использованием стандартного способа слоистой намотки. Как показано на чертеже, плоские обмотки возбуждения модуля 18 обмоток имеют меньший размер на торцах наружной стороны модуля 18, скашиваясь по направлению к наибольшему размеру на середине модуля. Плоские обмотки можно выполнить в виде медных обмоток или в виде сверхпроводящих обмоток.

Фиг.2 иллюстрирует элемент 19 плоской обмотки модуля 18 по настоящему изобретению. Элемент 19 обмотки содержит угол 19А в каждой торцевой части витка, включая вершину 19В, которая выровнена с осью 21 вращения ротора. Угол 19А в каждом витке вводит предварительное осевое смещение, которое позволяет торцевым частям удлиняться и укорачиваться при изменениях числа оборотов ротора, не создавая растяжение. Такая конструкция служит для минимизирования напряжения обмоток в различных рабочих условиях.

Фиг.3 иллюстрирует пример использования трехкатушечной обмотки с необязательной блокировкой торцевой части обмотки в осевом направлении. Между обмотками или катушками 19 вдоль оси симметрии введены блоки 22, заполняющие пространство между телом 12 ротора и креплением, которые соединяют мостом выводы валов 14. Между валами 14 и самым внешним из блоков 22 введена пружина 24, как показано на чертеже. Пружина 24 поддерживает сжатие в блокировке, когда осевые части обмотки расширяются при увеличении числа оборотов ротора до эксплуатационного числа оборотов.

Модуль 18 обмоток располагают над параллельными боковыми сторонами тела 12 ротора. После расположения модулей на месте валы 14 крепят к телу ротора винтами 23 или подобными элементами. Выемка 16 в валах имеет такой размер, чтобы в нем располагать торцы 18А модуля 18 обмоток. После расположения модуля 18 обмоток над параллельными боковыми сторонами тела 12 ротора валы 14 крепят к телу 12 ротора посредством винтов 23, а наружные поверхности валов по существу вплотную прилегают к соответствующим поверхностям тела 12 ротора.

В случае соответствующей настоящему изобретению структуры модуль обмоток, содержащий плоские обмотки возбуждения, включающие в себя предварительное осевое смещение, позволяет торцевым частям обмотки удлиняться и укорачиваться при изменении числа оборотов ротора, не создавая растяжения. Более того, предварительное осевое смещение служит для минимизирования напряжений обмоток в различных условиях работы.

Хотя изобретение описано в связи со считающимся в настоящее время наиболее практичным и предпочтительным вариантом осуществления, следует понимать, что изобретение не должно ограничиваться описанными вариантами осуществления, а в противоположность этому предполагается охватить различные модификации и эквивалентные варианты осуществления, не выходя при этом за рамки сущности и объема прилагаемой формулы изобретения.

Формула изобретения

1. Модуль обмоток для электрической машины, содержащий, по меньшей мере, одну плоскую обмотку (19), торцевая часть витков которой изогнута под углом, причем вершина (19В) изогнутой под углом торцевой части витков выровнена с осью (21) вращения.

2. Модуль обмоток по п.1, отличающийся тем, что содержит множество сложенных стопкой плоских обмоток (19), причем торцевая часть витков каждой из упомянутых обмоток изогнута под углом, при этом вершины изогнутых под углом торцевых частей витков выравнены так, что оказываются копланарными с упомянутой осью вращения.

3. Модуль обмоток по п.2, отличающийся тем, что дополнительно содержит блоки (22), заполняющие пространство между обмотками (19).

4. Модуль обмоток по п.1, отличающийся тем, что плоская обмотка (19) состоит из одной группы, состоящей из медных обмоток или сверхпроводящих обмоток.

5. Электрическая машина, содержащая тело (12) ротора, определяющее рабочие поверхности полюсов и имеющее параллельные боковые стороны, перпендикулярные рабочим поверхностям полюсов, модуль (18) обмоток, расположенный над параллельными боковыми сторонами тела ротора, причем модуль обмоток включает в себя, по меньшей мере, одну плоскую обмотку (19), торцевая часть витков которой изогнута под углом, причем вершина изогнутой под углом торцевой части витков выровнена с осью (21) вращения, пару валов (14), прикрепленных к соответствующим торцам тела ротора и выполненных с возможностью крепления концов (18А) модуля обмоток к телу ротора.

6. Электрическая машина по п.5, отличающаяся тем, что модуль (18) обмоток содержит множество сложенных стопкой плоских обмоток (19), причем торцевая часть витков каждой из упомянутых обмоток изогнута под углом, при этом вершины изогнутых под углом торцевых частей витков выровнены так, что оказываются копланарными с упомянутой осью вращения.

7. Электрическая машина по п.6, отличающаяся тем, что модуль (18) обмоток дополнительно содержит блоки (22), заполняющие пространство между обмотками (19), а также между обмотками (19) и телом (12) ротора.

8. Электрическая машина по п.7, отличающаяся тем, что дополнительно содержит, по меньшей мере, одну пружину (24), расположенную между валами (14) и самым внешним из боков (22), при этом пружина (24) поддерживает сжатие в блокировке.

9. Модуль обмоток ротора для полей возбуждения электрической машины, содержащий, по меньшей мере, одну плоскую обмотку (19), форма которой предусматривает возможность осевого смещения под нагрузкой (19А), которое позволяет торцевым частям упомянутой обмотки удлиняться и укорачиваться при изменении числа оборотов ротора, не создавая растяжения.

Приоритет по пунктам:

06.12.1999 по пп.1-3, 6-9;

10.10.2000 по пп.4,5.

РИСУНКИ