Синхронный тахогенератор Советский патент 1986 года по МПК H02K19/16 

Изобретение относится к бесконтактным электрическим машинам, в частности, к синхронным тахогенератора и может быть использовано в системах электроприводов, измерительной технике, а также в качестве генератора для электроснабжения транспортных и авиационных средств и при осуществлении технологических процессов.

Цель изобретения - улучшение мас- согабаритных показателей, повьпиение точности измерения.

На фиг. 1 представлен тахогене- ратор, разрез; на фиг. 2 - развертка магнитопровода статора по д-гине окружности с наружным диаметром ярма, местный разрезки схема расположения однообразной волновой якорной обмотки.

Синхронный тахогенератор содержит ротор 1 с полюсами 2 и 3 полюсных систем 4 и 5 .противоположной полярности,-магнитопроводящую втулку 6, вал 7, магнитопровод статора 8 с зубцами 9 и 10, имеющими клинообразные выступы 11 и 12 соответственно,якорной обмоткой 13 и. ярмом 14, держатель 15j винт 16, с помощью которых обмотка 17 возбуждения в каркасе 18 размещена между полюсными системами 4 и 5 ротора, образующими с зубцами 9 и 10 магнитопровода статора воз- дущные зазоры 19 и 20 соответственно

Синхронный тахогенератор работает следующим образом.

При питании обмотки 17 возбуждения постоянным током возникает магнитное поле, линии которого проходят по втулке 6 ротора 1, полюсному выступу 2 полюсной системы 4, пронизывают воздушный зазор 19, попадают в зубцы 9 магнитопровода статора, проходят по ярму 14, попадают в зубцы to магнитопровода статора 8, пронизывают воздушный зазор 20 и попадают в полюса 3 полюсной системы 5 ротора, 1 а оттуда - в магнитопроводящую втулку 6 ротора 1, при вращении которого в якорной обмотке 13 наводится ЭДС. При этом, в случае, когда полюсная система 4 ротора 1 сдвинута относительно его полюсной системы 5 на гео1 . 1

метрический угол Т (

Z, Z,

) эл.,

град,а числа зубцов - магнитопровода стат.ора над каждой полюсной системой ротора Z , и Z.-, связаны соотнощением

7 - -lbL 1 J() + 1

где К,5 - целочисленные коэффициенты, то в однофазной якорной обмотке 13 наводится ЭДС с частотой

Zi п

f

30

где п - частота вращения ротора,

об. мин.

Принцип работы на основе повьш1ения частоты выходного сигнала в 29 раза объясняется следующим образом.

На стороне каждого из воздушных зазоров 19 и 20 расположено Ъ зубцов магнитопровода статора, например 11, каждые соседние из которых сдвинуты ,цруг относительно друга по ок21Г

ружности расточки на угол .

f

По положению в магнитном поле воздушного зазора, например 19, первые гармоники магнитных проводи- мостей в воздушных зазорах под соседними выступами 11 зубцов магнитопровода статора сдвинуты на угол

2irZi

- эл. град. Электрический угол

Z, между -5 -ми гармониками магнитных

проводимостеи в зазорах под соседни.. (-) 2-9 п Za

ми выступами 1 1- равен о -эл .

9 Zi

град. Для того,, чтобы .в кривой cyi4- марной магнитной проводимости воздушкого зазора 19 содержалась лишь 9 -я гармоника (- 1) необходимо, чтобы гармоники в зазорах под выступами 11 по своему положению в магнитном поле совпадали по фазе, т.е. электрический угол мевду -ми гармониками в этом случае должен.быть равен оС эл. град., где 1,2,3...- целые числа. Для того, чтобы в кривой суммарной магнргтной проводимости воэдушного зазора 19 не содержались гармоники i , необходимо, чтобы в зазоре под соседними выступами 11 i-e гармоники магнитной проводимости по своему положению в магнитном поле

были сдвинуты одна, относительной дру- гЬй на электрический угол

(г) . 2-п- ----- эл. град.,

;; г

где г - целое, но не кратное- ,число. 5 Если г кратно -) , то в кривой суммарной магнитной проводимости в воз- дущном зазоре 19 будет содержаться, по крайней мере, первая гармоника.

что при заданной частоте вращения не позволяет повысить точность измерения. Сдвиг i-x гармоник магнитньгх проводимостей в зазоре под выступами 11 при чиЪле Z,, кратном л , можно представить в виде , векторов, равномерно сдвинутых по окружности на

О ) . 21Г угол оС

1 г

эл. град. Геометрическая сумма Z, векторов i-й гармони ки, равномерно расположенных по окруности, всегда равна нулю. Дпя гармоники i - электрический угол равен 2 г7 эл. град. С. учетом выраже .ния oig 21 f будет иметь место ра- венство г , поэтому число - не кратно числу . 2-1 9 Z

Поскольку о( | у - , соотношение чисел

Г

2,и

Z, принимает вид

г у , где г и f не кратны

, поскольку

- дробное

ii Z, 9

числу 9 . Для повышения точности целесообразно обеспечить 2 Z,; 9 . Такому числу для любой гар- МОНИКИ (четной или нечетной) удовлетворяет выражение f -9(1+К)±1, где

:к 1,2,3.... Поэтому Z, :()±1 Число Zj полюсов 2 или 3 полюсных систем 4 или 5 ротора 1 будет целым лишь в том случае, если при любом целом числе К число Z кратно числу (И-К) + 1

9

число.

Аналогичное рассузедение распространяется на соотношение чисел Z, зубцов 10 магнитопровода статора 8 и Z полюсов 3 ротора 1 на стороне воздушного зазора 20.

ч5 / 7

. При Z., -L Liраспределенный

-- 9(1+К)±1 в каждом из кольцевых воздушных зазоров 19 и 20.магнитный поток будет пульсировать с частотой f-

1 Z г ti - Q- . При неучете магнитного

сопротивления участков магнИтопрово- да (оно несоизмеримо меньше магнитного сопротивления воздушных зазоров 19 и 20) на пути суммарного магнитного потока встречается два эквивалентных магнитных сопротивления, каждому из которых соответствует суммарная магнитная проводимость в воздушных зазорах 19 и 20 соответственно. Суммарная магнитная проводимость в воздушном зазоре 19 представляется сум

1015

20

30

j

35

мой Z, магнитных проводимостей - -i) гармоники, распределенньсх в Z, зазорах между полюсами 2 и зубцами 11, а в воздушном зазоре 20 - суммой Z, магнитных проводимостей ) -и гармоники, распределенных в Z, зазорах между полюсами 3 и зубцами 12. Каждая из двух сумм представлена сложением совпадающих по фазе векторов -и гармоники.

Кроме того, если полюсные системы 4 и 5 ротора сдвинуты одна относительно другой на угол /2(полюсы 2 расположен строго .напротив зубцов 11, а полюсы 3 расположен строго напротив зубцов 12), то -е гармоники суммарной магнитной проводимости в кольцевых воздушных зазорах 19 и 20 совпадают по фазе. Сдвиг полюсной системы 4 относительно полюсной системы 5 на угол Т (-- + --- ) соответZ, -JZj

ствует сдвигу -V -и гармоники суммарных магнитных проводимостей в воздушных зазорах 19 и.20 на угол ТГ.зл. град. При вращении ротора 1 с угловой частотой суммарные магнитные проводимости G д и G {j в воздушных зазорах 19 и 20 соответственно изменяются во времени по гармоническому закону

G Од + С COSTCO t; Gb GO - G cos-Jut,

где Gg - постоянная составляющая магнитной проводимости; Gp, - амплитудное значение 9 -и гармоники суммарной магнитной проводимости в каждом из воздушных зазоров 19 и 20.

Эквивалентная магнитная проводимость на пути суммарного магнитного потока равна

G - Gfl Gb GO -G, (3t

20,

GO Gn, x1-i-cos2-3wt4 GO 2- 2G/2 - Gl

WT

Gm.

cos2-i)to t.

Таким образом, суммарный магнитный поток пульсирует с частотой

- Z 4 п „ - « f -OQ- . В якорной обмотке наводится ЭДС такой же частоты,т.е. в раза большей, чем частота выходного сигнала устройства-прототипа Следователь ю, данньй тахогенератор может быть использован при измерении очень низких частот вращения исследуемого объекта (п - 10 об/мин).

Вьшолнение пластин зубцов магни- топровода статора в аксиальной плоскости в форме параллелограмма позволяет снизить суммарную массу всех зубцов магнитопровода статора предлагаемого устройства по сравнению с массой .всех зубцов магнитопровода статора устройства-прототипа по крайней мере в два раза. Кроме того, за счет .уменьшения наружного диаметра ярма, его масса уменьшена по сравнению с устройством-прототипом.

Волновая укладка якорной обмотки с шагом из паза в соседний способствует снижению массы, поскольку вьтол нение волновой обмотки с шагом уже в несколько зубцовых делений приводит к увеличенному расходу меди, а вьшол нение обмотки типа петлевой в данном устройстве возможно лишь при укладке с шагом в несколько зубцовых делений Кроме того, укладка петлевой обмотки с шагом из паза в соседний без дополнительных конструктивных мер,, направленных на ее надежное крепление с технологической точки зрения невозможна. .

Эффект повышения точности и частоты выходного сигнала при работе тахогенератора на достаточно высоких частотах вращения о(п 1000 об/мин) можно использовать с целью дополнительного снижения массы конструкции в целом путем . уменьшения массы полюсов ротора в 2 раза. При этом час- тоты выходного напряжения для сравниваемых устройств будут одинаковы. Это, в свою очередь, приводит к снижению массы ПОЛЮСОВ ротора в 29 раза. Например, при 9 4 их суммарная масса в 8 раз меньше и в совокупности с выполнением зубцов статора в продольном сечении в виде параллело

причем

грамма приводит к снижению массы активных материалов в предлагаемом устройстве в 1,2-1,3 раза.

формула изобре.тения

1.Синхронный тахогенератор, содержащий неподвилсную обмотку возбуждения, когтеобразньш ротор с двумя

системами полюсов противоположной полярности,, установленный на валу с помощью магнитопроводящ ей втулки, магнитопровод статора в виде ярма с зубцами J, на которых размещена якор1из.я обмотка, выполненными шихтованными в аксиальной, плоскости из плас-- тин со скошенными относительно вала наружными боковыми сторонами5 причем одна половина числа указанных зубцов размещена над полюсами ротора одной полярности, другая - над полюсами ротора противоположной полярности, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей, пластины зубцов магнитопровода статора в аксиальной плоское- ти выполнены в форме параллелограмма, якорная обмотка вьтолнена однофазной волновой с шагом из паза магнитопро- вода статора в соседний.

2.Тахогенератор по п.1, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения, полюсные системы ротора сдвинуты по окружности одна относительно другой на геометрический угол, равный

1

Zi Zi

),

-jCi+ +i

- число зубцов магнитопровода статора, размещенных над каждой из полюсных систем ротора;

- число полюсов каждой полюсной системы ротора; - целочисленные коэффициенты.

KJ

11

Изобретение относится к бесконтактным электрическим мапинам. Цель изобретения - улучшение массогаба- ритиых показателей и повышение точности измерения. Тахогенератор содержит неподвижную обмотку возбуждения. когтеобразньй ротор с двумя системами полюсов, установленньй на валу с помощью втулки. Обмотка якоря размещена в зубцах ярма магнитопровода статора. Магнитопровод вьтолнен шихтованным. Пластины зубцов магнитопровода в аксиальной плоскости выполнены в форме параллелограмма, якорная обмотка выполнена однофазной волновой с шагом из паза магнитопровода статора в соседний. Такое выполнение магнитопровода позволяет снизить суммарную массу всех зубцов магнитопровода статора. В якорной обмотке та- хогенератора наводимая ЭДС в 2-5 раз больше, чем у прототипа, поэтому такой Тахогенератор может применяться при измерении очень низких частот вращения исследуемого объекта. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (О (Л

Составитель Т. Калашникова Редактор И.,Касарда Техред О.Сопко Корректор Т. Колб

Заказ 3607/50 Тираж 631Подписной

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам .изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4