Многополюсная электрическая машина постоянного тока Советский патент 1984 года по МПК H02K13/14 

Изобретение относится к электро машиностроению и может быть исполь зовано в моментных двигателях с по вышенными требованиями к стабильно 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 которо размещены 2Р катушек, которые подсоединены к АР коллекторным пластинам, об единенным в Р следующих друг за .другом по 4 пластины в каждой Щ. Недостатком зтой электрической машины постоянного тока является плохое использование меди обмотки якоря из-за периодического закорачивания щетками половины всех сек ций обмотки якоря при его вращении а также обусловленные этими значительные п гльсации электромагнитног 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 расположеннь1х по окружности якоря секций, выполненных в виде меандра, которые подсоединены к К PS пластинам коллектора одинакового размера, при этом пластины коллектора с помощью токопроводящи перемычек объединены в 5 групп по пластин в каясдой 2. Однако при вращении якоря проис ходит циклическое замьшание щетками 1/Р части секций обмотки якоря что является причиной.нестабильное ти величины ЭДС и электромагнитног момента в пределах одного оборота якоря. Кроме того, недостатком машины является трудоемкость изготовления. Наиболее близкой к изобретению по технической сущности я1зляется 50J электрическая машина постоянного тока с дисковым якорем, число полюсов которого удовлетворяет условию 2Р 6 (2m+2n), число секций обмотки якоря 5 6(), где Р и п 1, 2, З...,т1 2, 3, 4, угловая ширина катушек равна li/P, число пластин коллектора К Р-б, при этом пластины коллектора, не соединенные с обмоткой с помощью токопроводящих перемычек, соединены друг с другом с шагом, равным 5 SJ. Недостатком этой электрической машины постоянного тока яйляются существенные затруднения при изготовлении машин с большим числом пар полюсов Р и секций 5, так как при ограниченных Диаметрах коллектора ширина его пластин становится чрезвычайно йалой ввиду того, что их угловой размер равен bj . Необходимость сохранения постоянства относительно угловой ширины контактной поверхности щеток Ь ц при увеличении Р и 6 , 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 повьшгение 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, подсоединенньк к коллектору пластины которого объединены в 5 групп с помощью токопроводящих перемычек, выполненных с шагом по коллектору, равным S, число секций якорной обмотки выбрано так, что числоS не имеет общих делителей с числом пар полюсов Р tti-d, число пластин коллектора К удовлетворяет условию К Sw, йачало j -и секции подключено к i -и группе --5.F44), а конец J -и секции подключен к -5 -и группе пластин 4 ) .

где m и d - делители числа Р, не

равные 1;

И - наименьшее число, обеспечивающее выполнение

5пт1

условия -р равно целому положительному числу;

FP - оператор выделения дробной части смешанной дроби.

На чертеже показана принципиальная схема предлагаемой электрической машины для случая ,,d 2

Электрическая машина содержит ротор-якорь, обмотка которого содержит 5 11 секций 1-11, угловая ширина которых равна полюсному шагу 1- н/р, а угловой сдвиг между одноименными сторонами двух соседних секций равен . На роторе жестко закреплен коллектор с К 33 пластинами число пластин выбрано таким образом, что оно удовлетворяет условию К 5-пл 11 3 33.

Пластины коллектора 1 с помощью токопроводящих перемычек 34 объединены в 5 11 групп, при этом в каждую из групп входят (/3 пластин сдвинутых друг относительно друга на угол 2lt/tyi радиан.

Для машины, показанной на чертеже, группы образуются пластинами с номерами, приведенными в табл. 1.

К токопроводя1чим перемычкам 34 подключены секции 1-11, при этом подсоединение выполнено таким образом, что начало секции с номером j подсоединено к группе пластин с номером i , а конец этой секции подсоединен к группе пластин с Номером , номера г,рупп пластин -i и определя- ются по уравнениям (1) и (2) соответственцо. У машины, показанной на чертеже, секции 1-11 подсоединены к группам пластин, приведенным- в табл.2

С поверхностью пластин 1-33 контактируют щетки 35-46, установленные по геометрическим нейтралям машины, щетки подключены к токосборным шинам 47-48. Якорь с секциями 1-11 размещен в магнитном поле, создаваемом индуктором с 2Р полюсами, чередующейся полярности. Число пар полюсов Р выбрано таким.образом, что оно не имеет общих делителей с числом секций5 ЦИбмотки якоря и удовлетворяет усЯойЧям Р md, где п и (J делители

числа Р, каждьп 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, 45 и 45 пластины коллектора 23 , 24, 29, 1, 2 7,.12, 13 и 18, токопроводящие перемычки 34, объединяющие

1 п

эти пластины в группы 1,2 и 7

две параллельные ветви обмотки, первая из 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 2б, ,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 на угол li/2tB 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 в предыдущем положении якоря, состоит из секций 11, 9, 7и5, а вторая - из-секций ,10, 8, 6 и 1.

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

Предлагаемая машина работоспособна при установке одной пары разнополярных щеток, установка d пар разнополярных щеток необходима для обеспечения минимального уровня пульсаций ЭДС, что особенно важно при ра$ 1

боте машины в генераторном режиме, в частности при использовании -ее в качестве тахогенератора. Установка дополнительных щеток (сверх J 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 рибраций, ударов и центробежных ускорений.

Таким образом, предлагаемая электрическая машина имеет более прос17506

тую конструкцию (уменьшено число пластин коллектора и токопровопящих перемычек).

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

При соответствующем выборе 5 , Р и S ширина пластин коллектора будет не менее 3-5 мм, а их количество обеспечит возможность изготовления коллектора с требуемой равномерностью распределения пластин по ок1)ужности.

Т а б л и ц а 1

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 условия- равно 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.

Номер IJUMCp/,г//II« пластины 6;i7,28 7,18,29 8,

Примечание, Номер группы пластин определяется по

наименьшему номеру пластины входящей в данную группу. .Номер группы .. пластин 1 , с которымисоединено начало секций j 1 4 ;, к которым подсоединен конец секции 7 10

Продолжение табл. 1

Таблида2 Номер сек г ( / III111II 9,20,3l 10.21,32 11,22,33 ии .l.lj.