Многополюсный моментный двигатель постоянного тока Советский патент 1984 года по МПК H02K26/00 

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в высокомоментных двигателях постоянного тока, работающих в стопорных режимах или с инфраниэкими частотами вращения, к которым предъявляются повышенные требования по стабильности частоты вращения в пределах одного оборота или его части.

. Известна многополюсная электри- Ю чёская машина постоянного тока, содержащая индуктор с 2р полюсами и якорь с обмоткой, состоящей из секций, выполненных в виде меандра, которые подсоединены к 15 К s: S р пластинам коллектора, объединенным с помощью токопроводящих перемычек в 5 групп по р пластин в каждой l .

Недостатком этой электрической 20 машины являются сложность конструкции, обусловленная наличием токопроводящих перемычек между пластинами коллектора, и большая трудоемкость изготовления ввиду сложности выпол- 25 нения многовитковых секций в виде меандра, особенно при изготовлении последних из проводников большого сечения.

Наиболее близкой к изобретению ,Q является конструкция многополюсного моментного двигателя постоянного тока, содержащая индуктор с 2р полюсами чередующейся полярности и якор на поверхности которого размещено 4р секций, из которых 2р секций смеще.но относительно других 5 2р секций на угол ii/2p, секции подключены к коллектору, состоящему из 4р пластин, каждая из секций занимает угол, равный 211 IP 2.40

Недостатком такой конструкции электрического двигателя является значительная пульсация электромагнитного момента, а следовательйо, низкая стабильность частоты вращения 45 в пределах одного оборота якоря, что обусловлено периодическим закордчиванием щетки и половины всех секций, якоря.

Цель изобретения - повышение равного мерности частоты вращения якоря двигателя путем повышения стабильности величины электромагнитного момента и упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем,55 что в многополюсном моментном двигателе постоянного тока, содержащем индуктор с 2р полюсами чередующейся олярности, якорь с 5 равномерно рас ределенными по окружности якоря 60 екциями,каждая из которых занимает гол радиан,- и коллектор с пласинами,-к KOTOpbiM подсоединена оботка,якорная обмотка выполнена из п 2p.tl секций объединенных в j

m групп по п секций в каждой, сек ции, входящие в одну группу, равномерно распределены по окружности якоря и последовательно соединены друг с другом, при этом концы i -X секций соединены с началами ()-х коллектор машины состоит из К - пластин, начала i -х секций подключены к пластинам коллектора с номерами

2,.

а угол )С обхвата коллектора щеткой выбирается по соотношению

где 1,2,3,...,5-номер секции якорной обмотки в порядке их раскладки по окружности коллектора; 1,2,3,...,К-номер пластины

коллектора в порядке их располо жения по окружности коллектора, совпадающем с направлением секции; И - число секций в одной группе,

равное целому нечетному числу; 1 - число групп секций в обмотке, равное целому нечетному чис.. - лу; L J- оператор вьщеления целой части

смешанной дроби;

в - угол, занимаемый изоляцией между пластинами на уровне поверхности контактирования щетки с коллектором.

На фиг.1 изображена принципиальная схема предлагаемого момента двигателя (2р 16, , , ); на фиг.2 - увязка геометрических размеров щетно-коллекторного узла; на фиг.З - поперечное сечение дВигатеЛя ( вариант с цилиндрическим якорем Якорная обмотка моментного двигателя состоит из равномерно распределенных по окружности якоря 2pil секций 1-15, каждая из секций занимает yгoл1 p радиан, секции 1-15, объединены в п групп по и секций в каждой, секции, входящие в одну группу, равномерно распределены по окружности якоря и соединены друг с другом таким образом, что концы секций с номерё1ми 1 подсоединены к началам секций с номерами (i+m), на фиг.1 показан двигатель с секций 5 15, которые объединены в wi г 3 групп по и 5 секций в каждой, любая из секций 1-15 занимает, , секции, входящие в одну группу, например 1,4,7, 10 и 13, сдвинуты друг относительно друга на угол 2trm/5 2iM5 и последе вательно соединены друг с другом, при этом конец секции 1 (i г 1.) соединен с началом секции 4(itm ) f ) конец секции 4() соедин с началом секции 7 (i w) 4+3-7) и т.д. Начала секции соединены с .пластинами коллектора 1 - ЗЗ , число которых равно Ks 25 , при этом секции с номерами « подключены к пластинам с.номерами j t 2 i + +Ц(г| Так, например, для случая, показанного на фиг.1, начало секций 5 (i 5) подключенсг к пластинам 10 (. 2.5 +Г.25 + 0-10), начало секции 13 («г 13) подключено к пластине 28( Г13-1Л 2ЧЗ+2-28 -гГ и т.д.. с рабочей поверхностью плас тин коллектора 1 - 33контактируют 2рг16 щеток 34-49, подключенных к токосборным шинам 50 и 51. Уголовные размеры контактной поверхности Р пластин 1-33 межламельных промежутков 0 на уровне поверхности контактирования поверхности щеток 33-49 с пластинами l ЗЗ и угол обхвата коллектора каждой из щеток 33-49 (см.фиг.2) выбраны таким образом, что при любом угловом положении коллектора относительно щеток исключена возможность замыкания источника питания ( не показан подключенного к токосборным шинам 50 и 51, а также потеря контакта щетки с одной из коллекторных пластин 1 - 33 . Эти условия выполняются при удовлетворении неравенства . Поток возбуждения в двигателе создается индуктором с 2р полюсами 52 чередующейся полярности, закреп ленными на магнитопроводе 53 (см. фиг.З). Якорь двигателя может быть выполнен дисковым или цилиндрическим беспазовнм или с явно выраженной з чатой структурой. Вариант конструк ции двигателя с цилиндрическим яко рем и явно выраженной зубчатой структурой якоря показан на фиг.З, в этом случае каждая из секций 1-15 устанавливается на своем стер не (зубцы), являющемся частью магнитопровода якоря 54. При подключении токосборных шин 50 и 51 к источнику постоянного то ка (фиг.1) по секциям 1-7 и 11-15, включенным параллельно друг другу, протекает ток, взаимодействие кото рого с магнитным полем, создаваемым полюсами индуктора 52, приводи к появлению вращающегося момента. Секции 8, 9 и 10, закороченные щетками 48, 49, 34, 35, 37 и 38, соприкасающимися с пластинами 17, 19, 21, 24, 26 и 28, к которым подсоединены эти секции, находятся в режиме коммутации ( секция 8, соединенная с пластинами коллектора 17 и 24, закорочена щетками 38 и 36 (Через токосборную шину 50, секция 9; соединенная с пластинами 19 и 26, закорочена щетками 49 и 37 через токосборную шину51, а секция 10, соединенная с пластинами 21 и 28, закорочена щетками 34 и 38 через токосборную шину 50). При вращении якоря с закрепленными на нем секциями 1-15 и пластинами коллектора 1 - 33относительно неподвижных полюсов 52 и щеТок 34-39 в секциях 1-15 происходит изменение направления тока, в резуль тате чего направление вращающегося момента остается постоянным. Переключение секций в случае, если якорь двигателя вращается по направлению, показанному стрелкой на фиг.1,. осуществляется следующим образом. Смещение коллекторных пластин 24, 26, 28, 30 и 32 относительно щеток 35-39 приводит к уменьшению площадей контактирования этих пластин с соответствующими им щетками, в результате увеличивается переходное сопротивление и уменьшается величина токов, проходящих по секциям 13 -15. При угле поворота якоря е,гЧЗ)16)Ч ) ) щетка 39 сходит с пластины 32 и секции 12 и 15, принадлежащие одной из групп, оказываются последовательно соединенными и закороченными щетками 37 и 49 через токосборную шину 51, т.е. обе секции переходят в режим коммутации. После поворота якоря на угол (t/)). (.2 Ik) с пластины 28 сходит щетка 38 и секции 10, 13 оказываются последовательно соединенными и подключенными к разнополярным щеткам 34 и 41, т.е. секция 10 выходит из режима коммутации, при этом положении якоря по ней идет ток, приблизительно равный половине номинального тока секции. После поворота якоря на угол )(Zifl) щетка 37 покидает пластину 26 , последовательно сое диненные секции 9 и 12 оказываются закороченными однополярными щеткгили 39 и 49. После поворота якоря на угол е 0(2)-(2u|k) в режиме коммутации находятся секции 13-15, все остальные создают вращающийся момент. Кроме того, установлено, что коммутация предлагаемого двигателя лучше, чем у базового, так как s предлагаемом двигателе через коммутирующие щетки проходит только ток коммутации.

В товремя как у базового по ним также проводит ток якоря.

.Использование обмотки якоря с секциямиг не перекрывающимися в лобовых частях, как это сделано в прототипе и используется в системах возбуждения синхронных машин и статорах шаговых двигателей, обеспечивает повышение надежности якрриой обмотки и снижение трудоемкости изготовления двигателя.

ННОГОПОЛЮСНЫЙ МСЖЕНТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержгиций индуктор с 2р полюсами чередующейся полярности, якорь с 5 равномерно распределенными по окружности якоря секциями, каждая из котоЕШс занимает угол2 /р радиан, и коллектор с пластинами, к которым подсоединена обмотка, о т л и ч а rain и и .с я тем, что, с целью повышения равномерности скорости вращения якоря путем пов1шения стабильности величины электромагнитного момента и упрощения конструкции, обмотка якоря выполнена из 5 :т-пк2р11 секций, объединенных в m групп по п секций в каждой, секции, входящие в группу, равномерно распределены по окружности якоря и последовательно соединены друг с при этом концы t 7 секций соединены с началами ()-x секций, коллектор состоит из k пластин, начсша i -X секций подключены к плас тинам коллектора с номерами н-й, а угол охвата коллектора щеткой выбирают по соотношению , f Г . где номер секции якорной Обмотки в порядке их раскладки по окружности коллектора; i- 1, 2, 3,...,k номер плас.тины коллектора в порядке их расположения по окружности коллектора, совпадающем с нгшравлением секции; л - число секций в одной группе, равное целому нечетному числу; (Я - число групп секций в обмотке, равное целому нечетному чисrV L J- оператор выделения целой части смешанной дроби; в - угол., .занимаемый иэ° 1(ией между пластинами на уровне noisepxности констактнрования щетки с кoллeктJOgcм.

Фиг.1

fPui.S