Многополюсная электрическая машина постоянного тока

 

МНОГОПОЛЮСНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащая индуктор с 2 Р полюсами чередующейся полярности и якорь с замкнутой обмоткой, состоящей из равномерно расположенных по расточке якоря секций , подключенных к коллектору, пластины которого объединены в 5 групп с помощью токопроводящих перемычек , выполненных с шагом по коллектору , равным 5 о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью упрощения конструкции, расширения области применения и повышения надежности машины число секций якорной обмотки выбрано таким образом, что число 5 не имеет общих делителей с числом пар полюсов Р m -d, число пластин коллектора К удовлетворяет условию К №-5, начало. секций с номером j подключено к группе пластин с номером i а конец секции с номером j подключен к группе пластин с номеромА К-- И ,.-,-5., где m исЗ - делители числа Р. не равные 1: 11 - наименьшее число, обеспечиваюшее выполнение S-nt1 условияравно целому числу: FP - оператор выделения дробi ной части числа, представляющего смешанную (Л С дробь; i - 1,2.3,...5- номер секций в порядке их расположения , начиная с произвольно взятой; i(-)- 1,2,3, - 5- номера групп пластин коллектора, определяемые по номерам пластин , входящих в данную Ё 1 группуи(-) 1 (s е- 1,2,3,- ,m-6 -номера пластин в порядке их расположения по расточке коллектора при обходе в том же направлении, чтои при нумерации секций якоря, начиная с произвольно взятой.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) З(51) Н 02 К 13/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (т (i. )) е (4)—

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3588278/24-07 (22) 06.05.83 (46) 30. 10.84. Бюл. У 40 (72) В.Л. Завгородний, Ю.И. Чучман, Н.B. Михайлов и Л.Н. Евтеев (53) 621.313.2(088.8) . (56) 1. Патент США - 4183556, кл. 310-154, опублик. 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 771809 кл. Н 02 К 13/14 1980.

3. Патент США У 4315178 кл. 310-154. опублик. 1982. (54) (57) МНОГОПОЛЮСНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ

МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащая индуктор с 2 P полюсами чередующейся полярности и якорь с замкнутой обмоткой, состоящей из равномерно расположенных по расточке якоря секций, подключенных к коллектору. пластины которого объединены в ) групп с помощью токопроводящих перемычек, выполненных с шагом по коллектору, равным Ь о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью упрощения конструкции, расширения области применения и повышения надежности машины, число секций якорной обмотки выбрано таким образом, что числоб не имеет общих делителей с числом пар полюсов P = rn el. число пластин коллектора К удовлетворяет условию К = )n 9 1 начало. секций с но:мером j подключено к группе пластин с номером i а конец секции с номером j попключен к группе пластин с номером

)n 1- I+ =1 5 F>

5, 7 где и) но — делители числа P. не равные 1:

1) — наименьшее число, обеспечивающее выполнение

5 n+1 условия — — — — равно цеP лому числу: оператор выделения дробной части числа. прелставляющего смешанную дробь;

1,2.3,... 5 — номер секций в порядке их расположения, начиная с произвольно взятой;

1,2,3,... 5 — номера групп пластин коллектора, определяемые по номерам плас-. тин, входящих в данную -1 группу, s (-)) = 1 +5 Гг (-5.-)

1,2,3,...,)n 5 — номера пластин в порядке их расположения по расточке коллектора при обходе в том же направлении, что ° и при нумерации секций якоря, начиная с произвольно взятой.

1121750

15

25

35

50 т(1 - ) Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в моментных двигателях с повышенными требованиями к стабильнос: ти частоты вращения в пределах одного оборота и тахогенераторах постоянного тока инфранизких частот вращения с дисковыми или цилиндрическими якорями.

Известна электрическая машина постоянного тока, содержащая два плоскопараллельных статорных элемента,.на каждом из которых по окружности размещено 2Р полюсов чередующейся полярности, и размещенный между ними дисковый якорь, на каждой торцовой поверхности которого

L размещены 2Р катушек, которые подсоединены к 4Р коллекторным плас-! тинам, объединенным в Р следующих друг за другом по 4 пластины в каждой P) .

Недостатком этой электрической машины постоянного тока является плохое использование меди обмотки якоря из-за периодического закорачивания щетками половины всех секций обмотки якоря.при его вращении, а также обусловленные этими значительные пульсации электромагнитного момента при работе машины в двигательном режиме или пульсации выходного напряжения в режиме генератора.

Известна многополюсная электрическая машина постоянного тока, содержащая индуктор с 2Р полюсами чередующейся полярности и якорь с обмоткой, состоящей из 5 равномерно расположенньи по окружности якоря секций, выполненных в виде меандра, которые подсоединены к

К = p 6 пластинам коллектора одинакового размера, при этом пластины коллектора с помощью токопроводящих перемычек .объединены в 5 групп по Р. пластин в каждой (2) .

Однако при вращении якоря происходит циклическое замыкание щетками 1/Р части секЦий обмотки якоря что является причиной.нестабильности величины ЭДС и электромагнитного момента в пределах одного оборота якоря. Кроме того, недостатком ма-, шины является трудоемкость изготовления.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является электрическая машина постоянного тока с дисковым якорем, число полюсов которого удовлетворяет условию

2Р = 8 (2ю+211), число секций обмотки якоря б =Р(2н-1) где 0 и 1п =

1, 2, 3..., и = 2, 3, 4, угловая ширина катушек равна Т1/Р, число пластин коллектора К = P 5, при этом пластины коллектора, не соединенные с обмоткой с помощью токопроводящих перемычек, соединены друг с другом с шагом, равным 6 (3) .

Недостатком этой электрической машины постоянного тока язляются существенные затруднения при изготовлении машин с большим числом пар полюсов P и секций Я, так как при ограниченных диаметрах коллектора ширина его пластин становится черезвычайно малой ввиду того, что их угловой размер равенb 2 /р6. Необходимость сохранения постоянства относительно угловой ширины контактной поверхности щеток 1 при увеличении P ..и 5.,обусловленная рациональным использованием меди обмотки якоря, приводит к снижению надежности щеточно-коллекторного узла и ограничению области применения машины.

Целью изобретения является упрощение конструкции. расширение области применения и повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем. что в многополюсной электрической машине постоянного тока, содержащей индуктор с 2Р полюсами чередующейся полярности и якорь с замкнутой обмоткой. состоящей из равномерно распределенных по расточке якоря секций. подсоединенных к коллектору пластины которого объединены в 5 групп с помощью токо-! проводящих перемычек. выполненных с шагом по коллектору, равным 5, число секций якорной обмотки выбрано так, что число 8 не имеет общих делителей с числом пар полюсов P =1114 . число пластин коллектора К удовлет-. воряет условию К = Sm, начало -й секции подключено к j --й группе а конец j --й секции подключен к -й группе пластин I щ 1-1Ф

> l121750 где m и 3 — делители числа Р, не равные 1;

Ь вЂ” наименьшее число, обеспечивающее выполнение

»а т1 5 условия †--, равно целому положительному.. числу;

Г» — оператор выделения дробной части смешанной 10 дроби.

На чертеже показана принципиальная схема предлагаемой электрической машины для случая P = 6, 6 =11, J = 2.

Электрическая машина содержит ро- 15 тор-якорь, обмотка которого содержит 6 = 11 секций 1-11, угловая ширина которых равна полюсному шагу п и

»/Р, а угловой сдвиг между одноименными сторонами двух соседних сек- 20 ций равен 2»/5. На роторе жестко закреплен коллектор с К = 33 пластинами, число пластин выбрано таким образом, что оно удовлетворяет условию К =

11 3 = 33. 25

I I

Пластины коллектора 1 -33 с помощью токопроводящих перемычек 34 объединены в 5 = 11 групп, при этом в каждую из групп входят . .и/$ пластин, сдвинутых друг относительно друга на 30 угол 2»/щ радиан. .Чля машины, показанной на чертеже, группы образуются пластинами с номерами, приведенными в табл. 1.

К токопроводящим перемычкам 34 З5 подключены секции 1-11, при этом подсоединение выполнено таким образом, что начало секции с номером 1 подсоединено к группе пластин с номером j, а конец этой секции подсоеди- 40 нен к группе пластин с номером, номера групп пластин 4 и 4 определя- . ются по уравнениям (1) и (2) соответственно. У машины, показанной на чертеже, секции 1-11 подсоединены к 45 группам пластин, приведенным в табл.2, С поверхностью пластин 1 -33 .кон/ / тактируют щетки 35-46, установленные по геометрическим нейтралям машины, щетки подключены к токосборным шинам 50

47-48. Якорь с секциями 1-11 размещен в магнитном поле, создаваемом индуктором с 2Р полюсами, чередующейся полярности. Число пар полюсов P выбрано таким: образом, что оно не.име- 55 ет общих делителей с числом секцийб обмотки якоря и удовлетворяет усЛовиям P =In d, где щ и О делители числа Р, каждый из которых не равен единице.

При подаче напряжения на токосборные шины 47 и 48 ток протекает по следующей цепи: токопроводящая шина 47, щетки 35. 37, 39. 41, 43 и 45, пластины коллектора 23 . 24, 29

1 . 2 . 7,,12, 13 и 18, токопроводящие перемычки 34, объединяюшие

I t эти пластины в группы 1 . 2 и 7 две параллельные ветви обмотки. первая иэ которых состоит из последовательно соединенных секций 10 8, 6, 4, а вторая — из секций 11, 9, 7 и 5, токопроводящие перемычки групп пластин 4 и 10, пластин коллектора 26 (32, 4, 10, 15 и 21, щетки 36, 38, 40, 42, 44 и 46, токопроводящая шина 48. В результате взаимодействия тока,. протекающего по секциям

4-11, с магнитным полем полюсов индуктора 49 возникает электромагнитный момент, под действием которого якорь вращается. В момент времени, соответствующий взаимному расположению щеток и. коллектора, показанному на чертеже, секции 1, 2 и 3 закорочены щетками, т.е. находятся в режиме коммутации. При повороте якоря и на угол »/2 k в направлении, показанном на чертеже стрелкой, н режиме коммутации оказываются секции 2, 3 и 4, а момент создается секциями

5-11 и 1, при этом одна из параллельных ветвей, как и н предыдущем положении якоря, состоит из секций

11, 9, 7 и 5, а вторая — из. секций ,10, 8, 6и1.

Функционирование предлагаемой многополюсной электрической машины в качестве постоянного тока обеспечивается тем, что при подсоединении секций обмотки якоря к пластинам коллектора по предлагаемой схеме при вращении якоря на пластинах коллектора возникает стоячая волна электрического потенциала с числом периодов, равным числу пар полюсов P.

При установке щеток на геометрические нейтрали машины между разнополярными щетками возникает постоянная ЭДС.

Предлагаемая машина работоспособна при установке одной пары разно- полярных щеток, установка А пар разнополярных щеток необходима для обеспечения минимального уровня пульсаций ЭДС, что особенно важно при раг

1121750 боте машины в генераторном режиме, в частности при использовании .ее в качестве тахогенератора, Установка дополнительных щеток (сверх 3 пар) определяется по условиям обеспечения заданной плотности тока под щетками, а также повышения надежности щеточно-коллекторного узла путем резервирования щеток, что важно для машин, работающих при воздействии внешних вибраций, ударов и центробежных ускорений.

Таким образом, предлагаемая электрическая машина имеет более прос15

Таблица1

Номер группы

Номер пластины

i, 12.23 2, 13,24 3, 14, 25 4, 15,26 5, 16, 27

Нродолжение табл, 1

Номер группы у пластины 6,17,28 7,18,29 8,1930 9,20.31 10,21.32 11,22,33

П р и м е ч а н и е. Номер группы пластин определяется по наименьшему номеру пластины входящей в данную группу.

Т а б л и д а 2

Номер секции

6 7 8 9,Номер группы пластин

T,2 3

11 3 6

10 2

7 с которыми соединено начало секций 1 4 к которым подсоединен конец секции j 7 10 тую конструкцию (уменьшено число пластин коллектора и токопроволящих перемычек).

Снижение количества пластин обес5 печивает снижение трупоемкости изготовления самого коллектора и соединения коллектора с якорной обмоткой.

При соответствующем выборе 5 P и о ширина пластин коллектора будет не менее 3-5 мм, а их количество обеспечит возможность изготовления коллектора с требуемой равномерностью распределения пластин по окружности.

1121750

Составитель С. Шутова

Техред А.Ач Корректор В. Синицкая

Редактор Л. Веселовская

Филиал ППП "Патент", г ° Ужгород, ул. Проектная, 4

3аказ 7994/42 Тираж ббб Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5