ЯКОРЬ КОЛЛЕКТОРНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 1998 года по МПК H02K23/26 H02K1/26 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к области конструирования электрических машин.

Известен якорь коллекторной электрической машины, содержащий уложенную в пазах обмотку, включающую в себя секции из отдельных катушек, которые расположены по обе стороны относительно диаметра якоря (Обмотчик электрических машин. Н.В.Виноградов. М., Высш. школа, 1973, стр. 245, рис. 165).

Данная конструкция якоря служит прототипом предлагаемого изобретения.

Недостатком указанной конструкции якоря является сравнительно низкая взаимная магнитная связь между последней секцией паза и первой секцией следующего, в порядке коммутации, паза якоря.

При этом последняя секция паза имеет ограниченную возможность передачи энергии следующей секции якоря электромагнитным путем, что осложняет процесс ее коммутации, особенно на его завершающей стадии, и приводит к повышенному выделению энергии коммутируемого контура в скользящем контакте в виде искрения.

Целью изобретения является повышение демпфирующих свойств последних секций пазов якоря путем увеличения взаимной магнитной связи между ними и первыми секциями следующих пазов якоря.

Поставленная цель достигается тем, что в якоре коллекторной электрической машины, содержащем уложенную в пазах обмотку, включающую в себя секции из отдельных катушек, которые расположены по обе стороны относительно диаметра якоря, первые и последние секции паза содержат по меньшей мере по одной дополнительной катушке, сдвинутой относительно основных катушек на одно зубцовое деление, причем у первой, в порядке коммутации, секции паза дополнительная катушка сдвинута в направлении вращения якоря, а у последней секции паза дополнительная катушка сдвинута против направления вращения якоря.

По мнению автора, предлагаемое техническое решение является новым, т.к. признаки, а равно и их совокупность обладают существенными в сравнении с прототипом отличиями.

В современной технике не выявлено эквивалентного технического решения, содержащего вышеперечисленные признаки, отличающие данное изобретение от прототипа.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в выделении части витков из катушек секции и образовании из них по меньшей мере одной дополнительной катушки, которая сдвигается по пазам якоря относительно основных катушек секции. При этом, с одной стороны, уменьшается индуктивность секции, так как активные стороны ее витков распределяются по большему числу пазов якоря. С другой стороны, увеличивается взаимная магнитная связь между последней секцией паза и первой секцией следующего паза, т.к. большее число активных сторон витков указанных секций оказываются лежащими в одних пазах якоря.

Кроме того, сдвиг дополнительной катушки последней секции паза против направления вращения, а первой секции паза - по направлению вращения якоря позволяет в какой-то мере выравнять ЭДС от внешнего поля в данных секциях в процессе коммутации и обеспечивает сохранение ЭДС вращения якоря на уровне прототипа.

На фиг. 1 изображено размещение в предлагаемом якоре сторон катушек последней секции паза.

На фиг.2 показано размещение в предлагаемом якоре сторон катушек первой секции следующего паза.

На фиг. 3 представлено совместное расположение в предлагаемом якоре сторон катушки первой и последней секций соседних пазов.

На фиг. 4, 5 изображены электрические схемы петлевой обмотки предлагаемого якоря с двумя секциями в пазу, состоящими из трех катушек равной ширины.

На фиг.6, 7, 8 представлено расположение первой и последней секций соседних пазов предлагаемого якоря, состоящих из четырех катушек.

Якорь на фиг.1 состоит из магнитопроводящего пакета 1 с пазами 2-13, в пазы 2, 9 и 3, 8 которого уложены основные катушки 14, 15 (подобно прототипу), а дополнительная катушка 16 размещена в пазах 4.9. Данная катушка 16 смещена относительно основной катушки 15 на одно зубцовое деление против направления вращения якоря.

Катушки 14, 15, 16 соединены последовательно, таким образом, чтобы наводимые в них ЭДС от поля индуктора суммировались. Рассмотренная секция из катушек 14, 15, 16 представляет собой последнюю секцию паза (условно паза 3).

Первая секция паза 4 предлагаемого якоря состоит из основных катушек 17, 18, размещенных в пазах 3, 10 и 4, 9, а также из дополнительной катушки 19 в пазах 3, 8 (фиг.2). Дополнительная катушка 19 смещена относительно катушки 18 на одно зубцовое деление по направлению вращения якоря.

Соответственно катушки 15, 16 последней секции паза 3 лежат в одних пазах с катушками 19, 18 первой секции паза 4, а также по одной активной стороне катушек 14 и 17 данных секций лежит в одних пазах с активными сторонами другой из рассматриваемых секций (фиг.3).

На фиг.4 показан вариант последовательности намотки витков секций предлагаемого якоря, подобного конструкции на фиг.1, 2, 3. Здесь первая секция паза 23 состоит из витка 31, размещенного в пазах 27 и 30, витка 32, размещенного в пазах 30 и 7, витков 33, 34, размещенных в пазах 23, 26. Данная секция подключена к ламелям 20, 21.

Вторая секция паза 23 (фиг.5) состоит из витков 35 и 36, лежащих в пазах 23 и 26, витка 37, лежащего в пазах 24 и 27, витка 38, лежащего в пазах 27 и 30. Данная секция соединена с ламелями 21, 22.

Секции якоря на фиг. 1, 2, 3 могут содержать по второй дополнительной обмотке 39 и 40 (фиг.6, 7, 8), которые также сдвинуты на одно зубцовое деление против направления вращения якоря у последней секции паза 3 (фиг.6) и в направлении вращения якоря у первой секции паза 4 (фиг.7). При этом все катушки 14, 15, 16, 39 последней секции паза 3 лежат в одних пазах с катушками 17, 18, 19, 40 первой секции паза 4 якоря (фиг.8).

Обмотка предлагаемого якоря может содержать более двух секций в пазу. При этом средние секции паза могут состоять лишь из основных катушек (14, 15 на фиг. 1), или иметь дополнительные катушки, смещенные как по направлению вращения якоря, так и против направления вращения якоря.

Работа предлагаемого якоря заключается в следующем.

В процессе вращения пакета 1 якоря щетка замыкает последнюю секцию паза 3, состоящую из катушек 14, 15, 16 (фиг.1), которая вступает в процесс коммутации. Затем вступает в процесс коммутации первая секция паза 4 из катушек 17, 18, 19 (фиг.2). Вслед за этим начинает завершаться коммутация последней секции паза 3 из катушек 14, 15, 16, которая передает часть нескоммутированной электромагнитной энергии соседней секции следующего паза 4 из катушек 17, 18, 19 благодаря магнитной связи с указанной секцией (фиг.3). Поскольку взаимная магнитная связь последней секции паза 3 и первой секции раза 4 в предлагаемой конструкции является повышенной (фиг.3), то значительная часть электромагнитной энергии последней секции паза 3 при этом передается электромагнитным путем в первую секцию паза 4 и там рассеивается в активных сопротивлениях, а не выделяется в виде искрения в скользящем контакте.

Аналогично происходит передача части электромагнитной энергии первой секции паза 4 следующей секции этого же паза. Так как электромагнитная связь секций одного паза, как правило, является наиболее высокой, то данный процесс также сопровождается низким выделением энергии под щеткой, что снижает износ контактных элементов и уменьшает уровень радиопомех.

Меньшая величина индуктивности секций предлагаемого якоря в сравнении с прототипом (витки секций размещены в большем числе пазов) также способствует благоприятному течению процесса коммутации.

Наличие нескольких дополнительных катушек в секциях предлагаемого якоря (фиг. 6, 7, 8) еще более облегчает коммутационные процессы в электрической машине, т. к. при этом дополнительно снижается индуктивность секции и повышается магнитная связь между последними секциями пазов и первыми секциями следующих за ними пазов.

Таким образом, предлагаемый якорь обеспечивает высокие демпфирующие свойства для последних секций пазов, которые обычно находятся в наиболее тяжелых условиях по коммутации. Одновременно обеспечивается снижение индуктивности секций и выравнивание коммутирующих ЭДС между секциями паза, что также благоприятно влияет на протекание коммутационных процессов в якоре.

Предлагаемый якорь может быть использован в коллекторных электрических машинах с тяжелыми условиями коммутации, в частности в универсальных коллекторных машинах для бытовой техники.

Изобретение относится к области конструирования электрических машин. Сущность изобретения: в секциях из отдельных катушек, размещенных по обе стороны от диаметра якоря, выделены дополнительные катушки, которые смещены на одно зубцовое деление в направлении вращения якоря у первых секций пазов и против направления вращения якоря у последних секций пазов. При этом обеспечивается повышенная магнитная связь последних секций пазов со следующими, в порядке коммутации, секциями. Размещение катушек секций в разных пазах якоря обеспечивает снижение величины их индуктивности. Указанные факторы позволяют снизить энергию искрения в скользящем контакте электрических машин. 8 ил.

Якорь коллекторной электрической машины, содержащий уложенную в пазах обмотку, включающую в себя секции из основных катушек, которые расположены по обе стороны относительно диаметра якоря, отличающийся тем, что первая и последняя в порядке коммутации секция каждого паза содержит по меньшей мере по одной дополнительной катушке, сдвинутой относительно основной катушки на одно зубцовое деление, причем у первой секции каждого паза дополнительная катушка сдвинута в направлении вращения якоря, а у последней секции каждого паза дополнительная катушка сдвинута против направления вращения якоря.