Электрическая машина преимущественно постоянного тока Советский патент 1985 года по МПК H02K23/02 

11 Изобретение относится к электрическим машинам, преимущественно к ма шинам постоянного тока и коллекторным . Известны машины постоянного тока содержащие якорь и электромагнитный индуктор. Эти машины состоят из сер дечников, на которые помещены катуш,ки возбуждейия и рма. Сердечник вместе с катушкой образует полюс lj Однако на изготовление катушек затрачивается медь, а в ярме индукто ра создаются вихревые токи, снижающие энергетические показатели. Кроме того, данные машины характеризуются малым сопротивлением в полюсах для магнитного потока реак ции якоря, а магнитопровод не совмещен с обмоткой. Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является э лектрическая машина, содержащая якорь и электромагнитный .индуктор, выполненный в виде катушек из витой ферромагнитной полосы, установленный в расточке статора 2j . Недостатками известной машины являются расход меди на изготовление индуктора, сложность выполнения полю са и ярма в виде одного целого, малое сопротивление магнитной цепи для поля реакции якоря, увеличенные габариты за счет наличия в магнитопроводе меди и ферромагнитного материала, большая постоянная времени магнитной цепи при переходных процес сах, а также более низкие энергетические показатели. Цель изобретения - повьшение энер гетических параметров и уменьшение массогабаритных показателей машины. Поставленная цель достигается тем, что в электрической машине постоянного тока, содержав{ей якорь и электромагнитный индуктор, выполненньй В виде катушек из витой ферромаг нитной полосы, установленный в расточке статора, электромагнитная система индуктора каждой пары полюсов выполнена из двух катушек, изогнутых вдоль оси намотки по форме расточки статора с отогнутыми в сторону якоря частями, образующими полюса, между указанными частями установлены изоля ционные прокладки, а ферромагнитные витки катушек изолированы один от другого и снабжены вьшодами для под вода электрического тока. 5 Кроме того, в отогнутых частях катушек могут быть вьшолнены разрезы, параллельные оси полюсов. Причем отогнутые части полюсов могут быть соединены между собой механически крепежными элементами. За счет изоляции слоев индуктора, а также за счет того, что каждая пара полюсов вьтолнена из двух катушек, возрастает сопротивление магнитной цепи для магнитного поля реакции якоря. Изоляционные прокладки между частями полюсов также увеличивают сопротивление для магнитного поля реакции якоря, в связи с чем в ряде случаев дополнительные полюса могут отсутствовать. Уменьшение габаритов И веса машины достигается за счет уменьшения высоты полюсов, отсутст,вия меди в индукторе. Постоянная времени магнитной цепи уменьшается за счет уменьшения вихревых токов магнитопровода, а сокращение магнитной цепи достигается за счет объединения полюса и ярма в одно целое - в один витой магнитопровод. На фиг. 1 изображена машина, общий вид; на фиг. 2 - машина с электромагнитной системой индуктора, выполненной в виде двух катушек, поперечньй разрез;, на фиг. 3 - соединение частей катушки при помощи болтов; на фиг. 4 - последовательное соединение катушек полюсов. Предлагаемая электрическая машина состоит из якоря 1 и электромагнитной системы индуктора 2 (фиг. 1). Якорь имеет вал 3, на которьй насажен магнитопровод 4 с пазами, в которые заложена обмотка, присоединенная к коллектору 5, насаженному на вал 3. На коллекторе установлены щетки 6. Цал якоря закреплен в подшипниках 7, размещенных в подшипниковых щитах 8 и 9. Электрическая система индуктора 2 каждой пары полюсов выполнена из двух катушек 10 и 11 (фиг. 2). Эти катушки (их верхние части) на фиг.2 даны в разрезе, из которого видно, что катушки состоят из п витков 12. Таким образом, каждый полюс состоит из двух частей 13 и 14. Ферромагнитные витки катушек изолированы один от другого изоляцией 15. Катушки 10 и t1 изогнуты вдоль оси намотки по форме расточки с.татора, а их концы 13 и .14 отогнуты в сторону якоря и образуют единый полюс из двух частей. Таким же образом получен и нижний полюс (не показан). Для обеспечения технологичности изготовления полюса в отгибаемых частях выполнены разрезы 16. Эти раз резы вьтолняются в обоих .концах катушки при ее намотке. Между отдельными слоями полюса имеется изоляция а между частями полюса установлены прокладки 17. Эти прокладки вьтолняются из изоляционного материала или немагнитного (в этом случае они изолируются от полюса) ., Назначение прокладок - уничтожевне поля реакции якоря, которая замыкается поперек полюсов. Катушки индукторов изготовляются из ферромагнитной полЬсы,- которая навивается в виде круглой спирали, прямоугольной или другого вида. Внутри спирали может находиться канал для вентиляции и охлаждения, размеры его определяются конструктивными соображениями. Для получения катушки, изогнутой вдоль оси намотки по , форме расточки статора, применяются шаблоны.Разрезы в отогнутых частях катушек выполняются такой длины, чтобы можно было легко формировать непосредственно полюс и иметь техно логический припуск на обработку полюсной дуги и придание ей формы, не обходимой для распределения магнитного потока на полюсном делении. Эт размеры находятся в плоскостях, сов падающих с линией изгиба заготовки, и делят концы заготовки на две равные части. После того, как полюсная дуга приняла необходимую форму, все слои совпадающие с разрезами непосредственно полюсы, дополнительно изолируются и для придания им механической прочности бандажируются при помощи бандажных кодец 18 или изоляци онного материала, или других крепеж ных элементов. В крупных электричес ких мапшнах полюса могут быть стяну ты болтами 19 через отверстия в полюсах, в которые помещены изоляцион ные трубки 20 с изоляционными шайба ми 21 и 22 (фиг. 3). Полученная элек , ромагнитная система представляет со бой индуктор, выполненный витым изферромагнитного материала с изоляцией междувитками, причем магнитопровод и полюса совмещены и предста ляют одно ц§лое, а каждый полюс состоит из двух самостоятельных частей с изоляционной прокладкой 17 между ними, закрепленных в удерживающих карманах, образованных стойками 23 и 24, которые стягиваются болтами 23 и за счет этого надежно закрепляют индуктор. Между индуктором и карманами стоек помещается корпусная изоляция. Катушки 10 и 11 между собой соединены электрически последовательно или параллельно при помощи выводов 26 29 (фиг. 4), где выводы 27 и 28 соединены между собой последовательно, а выводы 26 и 29 являются питающими. При большой длине катушки для улучшения распределения тока выполняются несколько отводов в параллель. Подшипниковые щиты крепятся непосредственно к стойкам 23 и 24,нижние основания 30 и 31 которых предназначены для крепления двигателя на фундаменте или плите. Для защиты индуктора от механических поверхностей к стойкам 23 и 24 прикреплен защитный элемент 32. Этот создает пространство 33, которое предназначено для циркуляци|€ охладителя. Сечение катушки индуктора принимается на основании расчета магнитной цепи и оно должно обеспечить допустимую индукцию при пропускании, половины магнитного потока, а сечение витка 12 катушки, по которому проходит ток возбуждения,выбирается по току возбуждения и корректируется технологией изготовления. Аналогично изготовляются и многополюсные конструкции. Устройство работает следующим образом. В связи с тем, что электромагнитная система индуктора каждой пары полюсов выполнена иа двух катушек, то магнитопровод совмещает в,себе функции токопровода и проводника магнитного потока, образуя индуктор. Соединенные между собой катушки 10 и 11 подсоединяются к напряжению при помощи концов 26 и 29, Ток, проходя, по виткам катушки, создает магнитные поля ф, и Рл в магнитопроводах соответственно. Эти поля между собой и поэтому они, суммируясь, дают I результирующий магнитный поток , -ь Магнитный поток Фр пересекает обмотку якоря 1 и если к якорю 51 подвести ток через щетки и коллектор то якорь начинает вращаться и создает вращающий момент, который уравновесится нагрузкой, т.е. машина работает в качестве двигателя. Машина может работать и как генератор. В этом случ.е якорь приводится во вращение и его обмотка, пересекая магнитное поле Ф, создает на щетках коллектора электродвижущую силу. При прохождении тока на обмотке якоря -возникает магнитное поле,реакции якоря. Это поле, замыкаясь через полюса, встречает на своем пути в разрезах 16 изоляцию, которая оказывает сопротивление и снижает величину реакции якоря. Так как поле реакции якоря прохбдит поперек всего полюса, который состоит из двух частей, то на его пути образуется большое сопротивление. Это сопротивление, оказывая сильное влияние на поле реакции якоря, не оказывает влияния на основное магнитное поле Тр . Изоляционная прокладка 15, разделяющая полюс на две части, увеличивает сопротивление дей ствию реакции якоря. Регулируя толщину йтой прокладки, получают требуе мый эффект. Энергетические показатели увеличиваются за счет сокращения длины магнитопровода, в связи с чем требуется меньшая МДС для создания магнитного поля, за счет уменьшения влияния реакции якоря, для которой возрастает сопротивление между слоями, а также за счет немагнитных изоляционных прокладок и за счет уменьщения постоянной времени магнитной цепи. Последнее улучшает механические характеристики машины в переходных процессах.. Сокращение расхода ме ди достигается за счет того, что весь индуктор выполнен из ферромагнитного материала. 5 С целью упрощения технологии изготовления полюсов, а также с целью увеличения сопротивления магнитной цепи для реакции якоря, прокладка между частями полюса может иметь клиновидную форму. Так как высота полюсов предложенной машины значительно меньше известной, то это также оказывает влияние на уменьшение реакции якоря. Таким образом, предложенная машина имеет значительно большее сопротивление магнитной цепи для реакции якоря, что улучшает ее работу и экономические показатели. Обмотка полюсов известных машин занимает много места и является недостаточно надежной. Предложенная машина имеет повьш1енную надежность за счет витой конструкции индуктора с изолированными витками, имеющими большую ширину. Так как сечение витка большое, то возможно применить ферромагнитный материал. При этом возбуждение индуктора может быть осуществлено по схеме параллельного возбуждения, последовательного и смешанного. Выполнение индуктора витым из одного ферромагнитного материала уменьшает образование вихревых токов, что очень важно для машин, имеющих частые пуски и реверсы. Уменьшение вихревых токов улучшает переходные процессы, а также повьш1ает энергетические показатели. Магнитопровод индуктора занимает меньше места и является более легким. Наличие отверстия (канала) в маг- нитопроводе обеспечивает охлаждение индуктора. Вход и выход в канал осуществляется через отверстия, которые находятся в начале разрезов. Так как потери индуктора рассредоточены по его длине, то это тоже способствует меньшему нагреву. Кроме того. вентиляция осуществляется и через канал.

ю

Фиг. 2

1 .ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащая якорь и электромагнитньш индуктор, вьшолненный в виде катушек из витой ферромагнитной полосы, установленный в расточке статора, отличающаяся тем, что, с целью повьшения энергетических 25 параметров и уменьшения массогабаритных показателей машины, электромагнитная система индуктора каждой пары полюсов выполнена из двух катушек, изогнутых вдоль оси намотки по форме расточки статора с отогнутыми в сторону якоря частями, образующими полюса, между указанными частями установлены изоляционные прокладки, а ферромагнитные витки катушек изолированы один от другого и снабжены выводами для подвоза электрического тока. 2.Машина по п. 1, отличающаяся тем, что в отогнутых частях катушек выполнены.разрезы, параллельные оси полюсов. 3.Машина по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что отогнутые части полюсов механически соединены нелщу собой крепежными элементами. САЭ 00 00 со ел J7 МГ --H-J Put.f