МНОГОПОЛЮСНАЯ КОЛЛЕКТОРНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С НЕЧЕТНЫМ ЧИСЛОМ ПАР ПОЛЮСОВ Российский патент 1995 года по МПК H02K23/04 

Изобретение относится к электрическим машинам, преимущественно шестиполюсным и десятиполюсынм машинам малой мощности.

Для улучшения коммутации и ресурсных показателей известно применение в малых многополюсных машинах с простой волновой обмоткой щеток малой ширины, перемыкающих не более двух коллекторных пластин, и выполнение обмотки с равными между собой первыми и вторыми шагами обмотки. Указанные размерные соотношения обеспечивают двойную смену циклов коммутации секций при повороте якоря на коллекторное деление и соседство сторон секций, следующих друг за другом в процессе коммутирования. Секции оказываются коммутационно несамостоятельными. Остаточная энергия в конце коммутирования уходит из них, не затрагивая щеток, по взаимоиндуктивным связям в секции, начинающим коммутацию.

Преимуществом многополюсных машин с нечетным числом пар полюсов и двумя щетками на диаметрально противоположных сторонах коллектора является равенство чисел секций в ветвях обмотки, благодаря чему отсутствуют циркуляционные токи, вызывающие добавочные потери и существенно ухудшающие условия коммутации. Как показывают результаты испытаний машин с узкими щетками и равенством первых и вторых шагов обмотки, шестиполюсные машины имеют в 3-4 раза меньший темп износа щеток по сравнению с четырехполюсными машинами. Необходимость в высоких ресурсных показателях вынуждает в ряде случаев применять шестиполюсное исполнение при очень малых габаритах и мощности машины. Таков аналог предлагаемого решения шестиполюсный двигатель с пазовым якорем [1]
В качестве прототипа принят электродвигатель постоянного тока [2]
Недостаток прототипа неравномерное распределение зон коммутации при равномерной расстановке полюсов и равенстве полюсных дуг. Он вызывает глубокое проникновение отдельных зон коммутации в зоны полей полюсов, поэтому получаемые коммутационные и ресурсные показатели не являются предельными и подлежат дальнейшему улучшению.

Реализация предлагаемого изобретения позволяет устранить указанный недостаток, повысить коммутационные и ресурсные показатели.

Предлагаемая многополюсная коллекторная электрическая машина с нечетным числом пар полюсов содержит индуктор с полюсами, щетки, размещенные на двух диаметрально противоположных щеточных болтах и перемыкающие не более двух коллекторных пластин, якорь с простой волновой обмоткой, имеющей равные между собой первые и вторые шаги и содержащей при пазовой конструкции якоря число секций, равное числу пазов, и коллектором с числом пластин К, и отличается от прототипа тем, что указанный индуктор выполнен с полюсными делениями разной величины двумя делениями величиной соответственно для неперекрещивающей и для перекрещивающейся обмотки, 180(К±p∓1)(рК)^-1 геометрических градусов, размещенных на диаметрально противоположных сторонах, и 2р-2 делениями величиной 180 (К∓1)(рК)^-1 геометрических градусов, причем полюсные дуги в пределах приведенных первыми двух полюсных делений отличаются от остальных полюсных дуг на величину, в пределе равную разности полюсных делений и составляющую 1/2К-ю часть окружности расточки индуктора.

На чертеже не показана схема обмотки машины с р=3, К=19.

Схема содержит щетки 1, изоляционные прокладки 2 коллектора, коллекторные пластины 3, зоны 4 коммутации секций, верхние и нижние стороны 5 секций, большие и малые полюса 6, 7, равномерно размещенные полюса 8 известной машины (прототипа).

Схема распространяется на все исполнения беспазовых якорей и пазовый якорь с числом секций обмотки, равным числу пазов.

Ширина щеток 1 принята минимальной, равной сумме половины коллекторного деления и изоляционной прокладки 2. Коллекторное деление охватывает коллекторную пластину 3 и прокладку 2. Каждая зона 4 коммутации секций со сторонами 5 охватывает 1/2 К-ю часть окружности якоря. Границы полюсных делений привязаны к серединам сдвоенных зон 4, при этом два полюсных деления имеют величину 180 (К+р-1)(рК)^-1= 66,4 геометрических градусов, так как обмотка неперекрещивающаяся, остальные деления 180(К-1)(рК)^-1=56,8 геометрических градусов. Большие полюса 6, размещенные в полюсных делениях τ₁, выполняются с большими, в пределе на 1/2К-ю часть расточки индуктора, полюсными дугами по сравнению с малыми полюсами 7 в полюсных делениях τ₂.

В известной конструкции прототипа с равными и равномерно размещенными полюсами 8 в сферу действия четырех полюсов 8 попадает по одной трети зон 4 коммутации. Реальные машины имеют два отступления от рассматриваемой здесь идеализированной схемы: междуполюсные промежутки сокращаются при пазовом якоре до 0,8 зубцового деления, ориентируясь только на размещение коронки зубца, и до 0,5 зубцового деления при беспазовом якоре, ширина щеток, напротив, увеличена на 0,04-0,05 диаметра коллектора для устранения нарушений коммутации из-за неточностей расстановки элементов щеточно-коллекторного узла и действия ряда других факторов. При отмеченных отступлениях части зон 4, оказывающиеся под полюсами 8, возрастают до 80 и более процентов, что отрицательно влияет на коммутацию.

Точность привязки зон коммутации к междуполюсным промежуткам и строгая повторяемость процессов передачи энергии в конце каждого цикла у предлагаемой машины такие же, как у известной двухполюсной машины, обладающей на настоящий момент времени наиболее высокими коммутационными и ресурсными показателями. Учитывая, что индуктивность якорной обмотки снижается пропорционально квадрату числа и пар полюсов, имеется возможность существенно превзойти достигнутые показатели двухполюсных машин.

Использование: электрические машины, преимущественно шестиполюсные и десятиполюсные малой мощности. Сущность:электрическая машина содержит индуктор с полюсами, щетки, размещенные на двух диаметрально противоположных щеточных болтах и перемыкающие не более двух коллекторных пластин, якорь с простой волновой обмоткой, имеющей равные между собой первые и вторые шаги и содержащей при пазовой конструкции якоря число секций, равное числу пазов, и коллектором с числом пластин К. Индуктор выполнен с полюсными делениями разной величины двумя делениями величиной соответственно для неперекрещивающейся и перекрещивающейся обмотки 180(K∓ p∓ 1)·(pK)^-1 геометрических градусов, размещенных на диаметрально противоположных сторонах, и 2p - 2 делениями величиной 180·(K∓ 1)(pK)^-1 геометрических градусов, причем полюсные дуги в пределах приведенных первыми двух полюсных делений отличаются от остальных полюсных дуг на величину, в пределе равную разности полюсных делений и составляющую 1/2K-ю в часть окружности расточки индуктора. 1 ил.

МНОГОПОЛЮСНАЯ КОЛЛЕКТОРНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С НЕЧЕТНЫМ ЧИСЛОМ ПАР ПОЛЮСОВ, содержащая индуктор с полюсами, щетки, размещенные на двух диаметрально противоположных щеточных болтах и перемыкающие не более двух коллекторных пластин, якорь с простой волновой обмоткой, имеющей равные между собой первые и вторые шаги и содержащей при пазовой конструкции якоря число секций, равное числу пазов, и коллектором с числом K пластин, отличающаяся тем, что индуктор выполнен с полюсными делениями разной величины двумя делениями величиной соответственно для неперекрещивающейся и для перекрещивающейся обмотки, 180 (K ± p ± 1) (pK)^-1 геометрических градусов, размещенных на диаметрально противоположных сторонах, и 2p 2 делениями величиной 180 (K ± 1) (pK)^-1 геометрических градусов, причем полюсные дуги в пределах приведенных первыми двух полюсных делений отличаются от остальных полюсных дуг на величину, в пределе равную разности полюсных делений и составляющую 1/2K-ю часть окружности расточки индуктора.