ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 1994 года по МПК H02K23/00 

Изобретение относится к электрическим машинам постоянного тока с герконовыми коммутаторами.

Известна электрическая машина постоянного тока, содержащая индуктор, якорь с обмоткой и устройство коммутации, состоящее из герконов, управляемых управляющими магнитами (авт.св. N 195.542, кл. Н 02 К 23/00, 1967).

Известная электрическая машина постоянного тока с герконовым коммутатором имеет следующие недостатки, вызываемые выполнением индуктора в виде постоянных магнитов:
снижение величины магнитного потока по сравнению с электромагнитным возбуждением, что приводит к уменьшению мощности машины (примерно в 50 раз по сравнению с электромагнитным возбуждением);
отсутствие возможности изменения величины магнитного потока, что не дает возможности осуществлять регулирование частоты вращения якоря за счет регулирования возбуждения. Это затрудняет процесс регулирования частоты вращения якоря, уменьшает диапазон регулировки и приводит к увеличению потерь мощности и к усложнению устройства.

Усложнение известной машины вызывается наличием в ней следующих дополнительных блоков: датчика положения ротора с обмоткой, вырабатывающей переменный ток; чувствительного элемента, подающего импульсы постоянного тока, полярность и величина которого зависит от частоты напряжения датчика; широтно-импульсного модулятора; геркона датчика; управляющих обмоток герконов подключения фаз; герконов фазных обмоток.

Кроме того, известная машина имеет ограничение области использования. Эта машина - электродвигатель постоянного тока.

Недостатки известной машины постоянного тока приводят к снижению ее технологических возможностей.

Целью настоящего изобретения является повышение технологических возможностей машины.

Поставленная цель достигается тем, что в электрической машине постоянного тока, содержащей индуктор, якорь с обмоткой и устройство коммутации, состоящее из герконов, управляемых управляющими магнитами, якорная обмотка и коммутирующее устройство, снабженное соединенными с герконами контактными кольцами, размещены на валу машины, а щетки, взаимодействующие с контактными кольцами, и управляющие магниты размещены на неподвижной части машины. Герконы могут быть выполнены в виде двух смещенных друг относительно друга в продольном направлении групп.

Отличительные особенности изобретения обеспечивают упрощение машины, повышение ее мощности и возможность регулирования частоты вращения с использованием традиционных способов, применяемых в коллекторных машинах постоянного тока. Все это повышает технологические возможности машины.

На фиг. 1 приведена общая схема предлагаемой машины; на фиг.2 - схема соединений секций обмотки якоря.

На фиг. 1, 2 схематически изображено в качестве примера простейшее воплощение решения, при котором электрическая машина содержит уложенные на якоре секции 1-6 обмотки, концы которых присоединены к герконам 7-18, закрепленным на валу ротора и расположенным со смещением друг относительно друга в продольном направлении. Для создания постоянного магнитного потока машина содержит закрепленные на статоре полюса индуктора 19 и 20, а для переключения герконов установлены два неподвижных в пространстве управляющих магнита 21 и 22 (фиг.1 и 2). Выходы герконов присоединены к двум кольцам 23 и 24, жестко закрепленных на валу ротора, а на кольца наложены размещенные на неподвижной части машины щетки 25 и 26, к которым подключена внешняя цепь.

В изображенном устройстве электрической машины постоянного тока якорная обмотка, включающая секции 1-6, и коммутирующее устройство, включающее герконы 7-18 и соединенные с ними контактные кольца 23 и 24, размещены на валу машины, а индуктор, включающий полюса 19 и 20, щетки 25 и 26 и управляющие магниты 21 и 22, размещен на неподвижной части машины, что дает возможность выполнить индуктор электромагнитным и увеличить основной магнитный поток машины, и для регулирования частоты вращения использовать традиционные способы, применяемые в коллекторных машинах постоянного тока.

В предложенном техническом решении щетки при изменении нагрузки не поворачивают. Управляющие магниты установлены на поворотной траверсе (не показана) и при изменении нагрузки их можно поворотом траверсы расположить в зоне бестоковой коммутации (в зоне нейтрали).

Машина постоянного тока работает следующим образом.

При вращении якоря предложенной машины с постоянной скоростью в магнитном поле статора в секциях 1-6 (фиг.2) наводится постоянная по направлению ЭДС.

Подключение секций 1-6 к кольцам 23, 24 происходит в результате замыканий герконов 7-18 в те моменты, когда герконы находятся под магнитами 21 и 22, при этом стороны секций обмотки находятся под одним и тем же полюсом. Так, если сторона а-б секции 1 (фиг.1) находится под северным полюсом N, замыкается геркон 7, через который сторона а-б подключается к кольцу 23, а противоположная c-d, которая находится под южным полюсом S, через геркон 18 подключается к кольцу 24.

При повороте секции 1 на 180^о, т.е. когда сторона а-б окажется под южным полюсом, а c-d под северным полюсом, подключение секции к кольцам не происходит, так как герконы останутся разомкнутыми, при этом значение ЭДС в секции равно нулю.

Таким образом, при вращении якоря в секциях протекает ток только в одном направлении, поэтому на одно кольцо собираются только положительные заряды, а на другое - только отрицательные заряды.

Для примера приведена одна из самых простых схем соединений секций обмотки якоря, однако, изменением расположения герконов и управляющих магнитов и подключения к ним секций обмотки можно получить различные другие схемы соединений секций обмотки якоря, в том числе, традиционных обмоток якоря и индуктора. Двухрядное расположение герконов является необязательным, так как возможны схемы соединений и с однорядным расположением герконов.

Использование изобретения позволяет повысить технологические возможности машины благодаря ее упрощению, большей мощности и регулированию частоты вращения за счет изменения величины магнитного потока индуктора.

Использование: электрические машины постоянного тока. Сущность изобретения: машина содержит статор с полюсами 19 и 20 для создания магнитного потока, якорь с секциями обмотки, взаимодействующими с магнитным потоком, устройство для подключения секций обмотки, включающее набор первичных элементов коммутации, связанных с секциями обмотки якоря и выполненных в виде установленных со смещением один относительно другого в продольном направлении герконов 7 - 18, и вторичных элементов коммутации, выполненных в виде соединенных с выходами герконов контактных колец 23 и 24 и взаимодействующих с ними щеток 25 и 26. Для переключения герконов установлены также смещенные в продольном направлении магниты 21 и 22. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащая индуктор, якорь с обмоткой и устройство коммутации, состоящее из герконов, управляемых управляющими магнитами, отличающаяся тем, что, с целью повышения технологических возможностей машины, якорная обмотка и коммутирующее устройство, снабженное соединенными с герконами контактными кольцами, размещены на валу машины, а щетки взаимодействующие с контактными кольцами, и управляющие магниты размещены на неподвижной части машины. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что герконы выполнены в виде двух смещенных друг относительно друга в продольном направлении групп.