Многополюсная электрическая машина постоянного тока Советский патент 1984 года по МПК H02K23/32 

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в моментных двигателях посто ного тока с повьппенными требованиями по обеспечению постоянства частоты вращения в пределах одного обо рота или его части, в тахогенераторах аналогичной конструкции с повьшенными требованиями к уровню пул сации выходного напряжения. Известны электрические машины по fоянного тока, состоящие из индуктора с полюсами чередующ ся полярности и якоря с печатной обмоткой, вьшопненной в форме меандра Щ. Недостатком этой конструкции я$ляется то, что при установке полного комплекта щеток в многополюсной мапшне, вы.занной необходимостью обеспечения удовлетворительной надежности работы щеточно-коллекторного узла, происходит закорачивание большого числа секций обмотки якоря, вследствие чего ухудшается использование активных- материалов машины. Известна также электромеханическая м пахна. постоянного тока, содержащая два плоскопараллельных ста торньрс элемента, на каждом из которых по окружности размещены 2N магнитных полюсов чередующейся поллрности, и расположенный мезвду ста торными элементами дисковый якорь, на каждой торцовой поверхности которого размещены 2N катушек, которые подсоединены к 4N коллекторным пластинам, объединенным в N следующих друг за другом групп по четьфе рядом расположенные пластины в каждои группе, причем каходая первая, вторая, третья и четвертая пластины каждой из групп электрически соединены между собой С23. Недостатками известной конструкции являются плохое использование меди обмотки якоря из-за периодичес кого закорачивания щетками половины всей секции обмотки якоря и обусловленные этим значительные пул сации электромагнитного момента в режиме двигателя или выходного напряжения в режиме генератора (прибhизитeльнo 17%). Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является конструкция многополюсной электрической машины постоянного тока, содержащая индуктор с 2р полюсами чередующейся полярности и якорь с обмоткой, состоящей из S р равномерно расположенных по окружности якоря секций, которые подсоединены к К S«p пластинам коллектора одинакового размера, коллекторные ламели с помощью токопроводящих перемычек объединены в S групп по р пластин в каждой, при этом пластины, входящие в одну rpjrnny, равномерно распределены по окружности коллектора 1:31. Недостатком известной конструкции является то, что при вращении якоря происходит периодическое замыкание щетками группы из S/p секций, в результате чего величина электромагнитного момента при работе машины в двигательном режиме периодически изменяется, а это приводит к неравномерности частоты вращения в пределах одного оборота. Кроме того, замыкание щетками такого колич ества секций обусловливает некоторое снижение средней величины электромагнитного момента, в результате чего ухудшаются показатели использования активных материалов машины. Цель изобретения - увеличение равномерности частоты вращения при работе машишл в режиме двигателя, уменьшение пульсаций выходного напряжения в режиме генератора и улуч шение использования активных материалов машины. Указанная цель достигается тем, что в многополюсной электрической машине постоянного тока, содержащей индуктор с 2р полюсами чередующейся полярности и якорь с обмоткой, состоящей из S равномерно расположенных по расточке якоря секций, подсоединенных к К S «р коллекторным пластинам одинакового размера, объединенных с помощью токопроводящих перемычек в S групп по р равномер но распределенных по окружности коллектора пластин в каждой, число секций S не имеет с числом полюсов р общих делителей, при этом к группе коллекторных пластин с номером t подсоединено начало секции с номером j, а конец j секции соединен с началом секции с номером V, Номер секции j, начало которой подсоединяется к группе коллекторЭных пластин с номером i, определя ся по формуле i eCFrr-i l V 9 я Номер О секции, с началом которо соединяется конец j секции, определяется по формуле ), а шаг соединения секции у определ ся по формуле S-mjj

где m 1, 2, 3 ... - наименьшее число, обеспечивакхцее выпсшнение условия у целому числу;

F - оператор выделения дробной части смешанной дроби: i 1 ... S, j 1 ... S.

На чертеже показана принципиальная схема соединения секций и подсоединения их к коллекторным пластинам для случая. 2р 10 и S 7.

Многополнхгная электрическая машина имеет коллектор с пластинами . 1-35, число которых равно К 35. Каждая из ламелей 1-35 входит в одну групп коллекторных пластин 1- 7, номера которых определяются наименьшим номером пластины, входящей в данную группу. Например, пластины 22, 29, 1, 8 и 15 с помощью токопроводящих перемычек объединены в одну группу с номером l. Коллекторные пластины одной группы равномерно распределены по окружности коллектора, и оси ближайших друг к другу пластин одной группы смещены на угол 2ог/р радиан.

К группам коллекторных пластин 1 - 7 подсоединены начала секций 7, при этом в соответствии с (1) соединение осуществлено в следующем порядке

1 6 4 2 7 5 3

Якорь с секциями 1 - 7 размещен внутри индуктора с полюсами 36 возбуждения. На поверхности коллектора по геометрическим нейтралям машины установлены щетки 37-46, подключенные к токосборным шинам 47 и 48.

При подаче напряжения на токосборные шины 47 и 48 ток протекает по следующей цепи: токосборная шина 47, щетки 38, 40, 42, 44 и 46, пластины 26, 33, 5, 12 и 19 коллектора, токопроводящие перемычки, объединяющие эти пластины в группу 5 , двумя параллельным ветвям обмотки, первая из которых включает

секции 6

и 5 , а вторгГя секции 3 , 7 и 4 , токопроводящие перемычки, объединяющие коллекторны пластины 22, 29, 1,8и15в группу i и перемычки, объединяющие пластины 23, 30, 2, 9 и 16 в группу 2 , вьш1еперечисленные пластины групп 1 и 2, щетки 37, 39, 41, 43 и 45, токосборная шина 48. В результате взаимодействия тока, протекающего по секциям 2 - 6 , с магнитным полем полюсов индуктора 36 возникает вращающийся электромагнитный момент, под действием которого якорь вращается. В момент времени, соответствующий положению коллектора относительно неподвижных щеток, показанному на чертеже, секция 1 закорочена, т.е. находится в состоянии коммутации. После поворота якоря на угол 27Г/К начинает коммутировать другая секция. Например, при вращении якоря по направлению, показанному на чертеже стрелкой, следующей коммутирует секция З . 7Л4 Конец каждой j секции с-шагом у, определенным по (3) у :.- 3, соединен с началом iJ секции в соответствии с (2) в следующем порядке Соединен с началом 4 5 7 1 2 3 О -секции 5 Нормальное функционирование пред лагаемой конструкции многополюсной электршЛеской машины как машины пос тоянного тока обеспечивается тем, что при соединении секции обмотки якоря между собой и подсоединении ее к пластинам при вращении якоря яа коллекторе образуется стоячая волна электрического потенциала с числом периодов, равным числу пар п люсов р, величина которого снимает4ся с коллектора с помощью щеток, установленных по геометрическим нейтралям машины, в виде постоянной ЭДС якорной обмотки. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет уменьшить уровень пульсаций выходного напряжения при работе машины в режиме генератора и уменьшить пульсацию электромагнитного момента при работе машины в режиме двигателя.

МНОГОПОЛЮСНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащая индуктор с 2р полюсами чередующейся полярности и якорь с обмоткой, состоящей из S равномерно расположенных по расточке якоря секций, подсоединенных к К р- S пластинам коллектора одинакового размера f объединенных с помощью токоПРОВОДЯ1191Х перемычек- в S групп по р равномерно распределенных по окружности коллектора пластин в каждой, отличающаяся тем, ЧТО, с целью увеличения равномерности частоты вращения при работе машины в режиме двигателя, уменьшения пульсаций вьосодного напряжения в режиме генератора и улучшения использования активных материалов, число секций S не имеет с числом полюсов р общих делителей, к 1-й группе пластин подключено начало j-й секции, а ее конец соединен с началом -и секции, причем i, j и определяются по формулам | -иСг-1)rSM i J-SCl r(Q, (/) где tj. соединения секций; т 1,2,3... - наименьшее число, обеспечивающее условие у равно целому числу, F - оператор вьщеления дробной части смешанной дроби: i 1 ... S, j 1 ..i S. эо СП i