Электрическая машина постоянного тока с дисковым якорем (ее варианты) Советский патент 1985 года по МПК H02K23/54 

К - постоянная для данной машины величина, равная целому числуj при К, равном четному числу, все катушки, образующие секцию, соединены последовательно согласно, а при К, равном нечетному .

1176424

числу, катушки четных слоев якоря включены встречно по отношению к катушкам нечетных слоев; оператор выделения дробной части числа, представляющего смешанную дробь,

1. Электрическая машина постоянного тока с дисковым якорем, содержащая индуктор с 2р магнитными полюсами чередующейся полярности, многослойный якорь, выполненный из идентичных спирально навитых плоских катушек, и коллектор, к пластинам которого подсоединены S секций по схеме волновой или петлевой обмоток, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, с целью снижения влияния технологических погрешностей изготовления якоря и индуктора, каждый из п слоев обмотки якоря содержит S равномерно расположенных по окружности якоря катушек, геометрические оси катушек, расположенных в разных слоях, коллинеарны, каждая секция вьтолнена из п последовательно соединенных, находящихся в разных слоях катушек, которые сдвинуты относительно друг друга на угол .. 2Т причем катушки четных слоев якоря включены встречно по отношению к катушкам нечетных слоев якоря, где Sm ±е У 2р с 1при S равном нечетному где числу; е 2при S равном четному числу j; наименьшее целое нечетное m число, при котором число равно целому числу. 2. Электрическая машина постоянного тока с дисковым якорем, содержащая индуктор с 2р магнитными полюS сами чередующейся полярности, диско(Л вьй многослойный якорь, вьшолненный из идентичных спирально навитых плоских катушек, и коллектор, к пластинам которого подсоединены S секций по схеме волновой или петлевой обмотки, отличающаяся тем, что, с целью снижения влияния технологических погрешностей изготовления якоря и индуктора, каждый из п слоев обмотки якоря содержит S равномерно расположенных по окружности якоря катушек, геометрические оси катушек каждого последующего слоя смещены относительно осей катушек предыдущего слоя на угол чс oi р„(Л1-) S 2йкаждая из секций выполнена из п последовательно соединенных, находящихся в разных слоях катушек, оси которых сдвинуты относительно друг друга на угол 8-1 к, . :

1 . Изобретение относится к области электромашиностроения, в частности к конструкциям многрцолюсных машин постоянного тока с дисковым якорем, к которым предъявляются повьшенные требования по стабильности величины выходного напряжения впределах одного оборота якоря или его части (для машин, работающих в генераторном режиме), или по стабильности частоты вращения и электромагнитног момента (для машин, работающих в режиме двигателя),

Цель изобретения - снижение влияния технологических погрешностей изготовления якоря и индуктора на выходные характеристики машины.

На фиг. 1 показана конструкция якоря машины постоянного тока с дисковым якорем по первому варианту; на фиг. 2 - принципиальная схема обработки якоря по первому варианту на фиг, 3 - взаимное расположение катушек в первом (а), втором (б) и третьем (в) слоях якоря согласно второму варианту; на фиг, 4 - принципиальная схема соединения катушек между собой по второму варианту (случай, когда К 2); на фиг. 5 распределение поля по окружности якоря (5а) при неравномерном намагничивании полюсов, форма ЭДС одной катушки в пределах одного оборота якоря (56), расположение осей катушек по окружности якоря при наличии неравномерности распределения катушек по окружности якоря Б первом варианте конструкции (5в) и форма ЭДС .секции якоря предлагаемой конструкции (5г) с учетом видов технологических погрешностей.

Якорь содержит обмотку, вьтолненгую из S-n плоских спир.альных катушек 1-21, расположенных в п слоях (показаны обмотки с п - 3), в каждом слое размещено по S 7 катушек; слой 1 - катушки 1-7, слой 2 - катушки 8-14 и слой 3 - катушки 15-21, Катушки, расположенные в каждом слое, равномерно распределены по окружности якоря и их оси смещены-относительно друг друга на угол, равный 2(iys рад, оси катушек, расположенных в разных слоях, коллинеарны (см. на фиг. 16 и фиг, 2 оси катушек 1, 8, 15 и т.д.),

Во втором варианте конструкции оси катушек каждого последующего слоя смещены относительно осей катушек предьвдущего слоя на угол oi , величина которого для случая

Р 5; К 2 равна ,

о

-I F,

Образование распределенных по окружности якоря секций достигается путем последовательного соединения между с.обой п 3 катушек, расположенных в разных слоях.

По первому варианту между собой соединяются катушки, оси которых сдвинуты на угол

31 (1,

-- - г

6 (так как S - нечетное число),

т.е. первая секция образована последовательным соединением катушек 1 (первьй слой), 10 (второй слой) и 19 (третий слой), npi-гчем катушка второго слоя 10 включена встречно по отношению к катушкам первого и третьего слоев 1 и 19 соответственно. Порядок соединения остальных катушек в секции приведен в та6л.1.

Во втором варианте конструкции между собой соединяются катушки, расположенные в разных слоях и смещенные друг относительно друга на угол к - 2 - 2 К - J.2 - - (принято п 2), т.е. первая секция образована последовательным соединением катушек 1 (первый слой), 9 (вто рой слой) и 17 (третий слой). Так как К принято равным четному числу, то все .катушки соединены между собой последовательно-согласно. Порядок соединения остальных катушек в секции приведен в табл.2. Секции обмотки якоря подсоединены к коллектору 22. Якорь устанавливает ся в индукторе с полюсами возбуждения 23, число которых равно 2р. Величина потока, создаваемого каж дым из полюсов индуктора 23, и форма его распределения под каждым из полюсов в значительной мере зависят от ряда неизбежных погрешностей изготовления: неравномерности намагни- 35

чивания всех или части полюсов, изза разброса характеристик постоянных магнитов, в машинах с магнитоэлектрическим возбуждением или неидентцчности обмоток возбуждения и сердечников 40

полюсов в машинах с электромагнитным возбуждением; микро- и макродефектов магнитопроводов; неидентичности величины и формы воздушного зазора под различными полюсами и т.п. В общем слзгчае распределение магнитного поля по окружности многополюсной машины может быть представлено в виде циклической диаграммы, показанной на фиг. 5а. При вращении якоря с закрепленными на нем катушками 1-21 в них будут наводиться ЭДС,мгновенная величина которых при стабильной частоте вращения определяется величиной и формой поля, формой и расположением катушек на якоре, числом витков в катушках и магнитной проницаемости участка якоря, охватываемого катушкой. Так как в реа.пьпом якоре все катушкт имеют те или иные отклонения формы, абсолютно равномерное их распределение по окружности практически невозможно, а также Iiмeeтcя ряд других погрешностей изготовления якоря и монтажа его в индукторе, то формы ЭДС всех катушек становятся неидентичными, кроме того, фазовые сдвиги между ЭДС катушек перестают быть равными углу 21( (i - 1)

где i 1, 2, 3

S

шек, из которых состоит эта секция.

Негативным свойством первого варианта конструкции якоря является некоторое снижение ЭДС якоря за счет

ния обмотки, величина которого определяется по соотношению

-е

sin

2

К,

21

п sin

2 S

Для данного примера К..р 0,97, т.е. предлагаемая конструкция проигрьюает прототипу 3% по использованию активных материалов. В этой свя.зи для первого варианта конструкции якоря не рекомендуется принимать п большим 4-5.

Указанного недостатка лишены якоря, вьшолненные по второй схеме, так как в этом случае Ко 1. Однако эти якоря более трудоемки в изготовлении (см. 5в), на котором расположение осей катушек на окружности якоря условно показано треугольниками. Образование секции путем последовательного соединения п катушек, распределенных в пространстве и находяш:ихся под различными полюсами индуктора, обеспечивает суммирование ЭДС этих катушек, что приводит к уменьшению влияния технологических погрешностей изготовления якоря и индуктора на форму и фазовые сдвиги ЭДС секций, состоящих из этих катушек. Так, например, ЭДС секции якоря, состоящей из катушек 1, 10 и 19, конструкция и схема которого показаны на фиг. 1 и 2, а расположение катушек соответствует фиг. 5в, будет иметь вид, показанный на фиг. 5г. Из фиг, 5 видно; что разность амплитуд ЭДС секции примерно в два раза меньше разности амплитуд ЭДС катууменьшения коэффициента распределеввиду необходимости смещения слоев якоря на угол Л|.

Замена якоря базовой конструкции на якорь, выполненный по первой конструктивной схеме с числом слоев п 3, обеспечивает следующие выходные характеристики: крутизна выходного напряжения 21,5 В/рад/с; общий уровень пульсаций 0,9%; низкочастотная пульсация выходного напряжения 0,4%. Число секций, пластин коллектора и число проводников в обмотке якоря сохраняется так же, как у базового якоря.

К1-К10,

Н10-Н19

Таким образом, использование изоб.ретения обеспечивает снижение общего уровня пульсаций в 4 раза, а низкочастотных пульсаций в 7,5 раза , одновременно отмечается умен шение крутизны выходного напряжения на 2%. f

10 При использовании второго варианта конструкции якоря изменение крутизны выходного напряжения не обнаружено, общий уровень пульсаций снизился в 3,5 раза, а низкочастотных

15 пульсаций в 7 раз.

Таблица 1

HI,

К19

Т слой 2 Cfiou

J с/геи

Н2/

mu J cflou

Й/г.2

а

8

П

1 5

15

16

П

iK S

2Х 5

A } 10 17

1

3

16

Ш

Г2Я

2X

-k-4-

7 ftf 21

s

5 /J W

Id i3