Многополюсная электрическая машина постоянного тока Советский патент 1988 года по МПК H02K13/14 H02K23/26 

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в моментных двигателях больших диаметров дискового или цилиндрического исполнения, предназначенных для привода крупногабаритных опорно-поворотных устройств и платформ, с повы- шенными требованиями к стабильности частоты вращения в пределах одного оборота.

Цель изобретения - расширение области применения машины за счет увеличения числа параллельных ветвей обмотки якоря, позволяющих согласовать параметры машины с параметрами источника питания.

На фиг.1. приведена принципиальная схема предлагаемой многополюсной ма шины постоянного тока с и , на которой показано подсоединение части секций и токопроводящих перемычек к коллектору для случая, когда , , , и , а также расстановка пар разнополяр ных щеток (подсоединение остальньпс секций .и токопроводящих перемычек к коллектору не показано; на фиг.2 - электрическая схема машины по фиг.1 (для удобства чтения схемы пластины коллектора, входяшле в одну группу и соединенные друг с другом токопро- водящими перемычками, размещены в одну строку, а секции якорной обмотки размещены не в реальном порядке их расположения на якоре, приведенном на фиг.1, а в порядке подсоединения начал секций к группам коллекторных пластин); на фиг.3 - пример вьшолне- йия электрической схемы машины с и (фиг.1), для которой , , , и (для удобства чтения схемы пластины коллектора, входящие в одну группу, размещены в одну строку, а секции якор- ной обмотки расположены в порядке подсоединения их начал к группам кол лекторных пластин).

Электрическая машина состоит из индуктора с 2р полюсами 1 чередую- щейся йолярности, якоря 2, обмотка которого выполнена из равномерно расположенных по его окрзгжности секций 3, обозначенных на фиг.1, 2 и 3 номерами 1с-25с, при этом номера c-25 присвоены секциям 3 в порядке их расположения по окружности якоря 2, начиная с любой произвольно взятой, коллектора 4, состоящего из

пластин, которым на фиг.1 и 2 присвоены номера Ik-150k, а на фиг.З - lk-225k, при этом номера присвоены пластинам коллектора 4 в порядке их расположения по окружности коллектора 4 при обходе его в том же направлении, что и при нумерации секций 3 якоря, начиная с произвольно взятой пластины коллектора 4, токопроводящих перемычек 5, объединяющих пластины коллектора 4 в s групп по ш коллекторных пластин и в каждой группе,при этом токопроводящие перемычки 5 установлены таким образом, что каждая из них соединяет пластины lk-225k, смещенные друг относительно друга на S последовательно расположенных пластин, например, как показано на фиг.1, токопроводящие перемычки 5 соединяют пластины 27k и 52k (52-27-25 8), 35k и 60k, 52k и 77k и т.д. и разиополяр- ных щеток 6 и 7, подключенных к то- косборным шинам 8 и 9. Обязательным . для реализации предлагаемой машины : является выполнение словия выбора числа пар полюсов 1 индуктора таким образом, что оно имеет как минимум . два делителя m и d не равных единице, и р tn d. На фиг. 1 показана машина, имеющая , которая может быть реализована в исполнениях, приведенных в табл.1.

Т а б л и ц а 1

В зависимости от принятого исполнения коллектор 4 имеет различное число пластин: в первом исполнении k , во втором , в третьем , в четвертом . Пластины с помощью токопроводящих перемычек 5 объединены в групп, которым присвоены номера i(), определяемые по наименьшим номерам пластин, входящих в данную группу. Принадлежность пластины с номером 1 к группе пластин с номером i(-5) определяется следующим образом: пластина

313743504

входит в группу i (0) 1 +Для машины по фиг.1 и 2, у которой

о. Т7 г- /32-К .-. ,. 6. (исполнение I), группы образу+S Yf (---) г5 Fj.(- -J-J+25F ( пластинами Ik-I50k коллектора 4,

1 +6 7.

приведенными в табл.2.

приведенными в табл.2.

Изобретение относится к области электромапмностроения. Целью изобретения является расширение области применения за счет увеличения числа параллельных ветвей обмотки якоря. Обмотка содержит индуктор с парами полюсов, якорь с замкнутой обмоткой, состоящей из секций, коллектор с пластинами, соединеннь1ми пере-, мычками. Начала секций с номерами j подключены к группам коллекторных пластин с номерами i l+sEj. (a/sfsk + + j-Qd/dy), а концы секций с номерами j подключены к группам коллекторных пластин 1+sFj; (a/sj k +j+y-Q/ /dy), где y skiaQ/p; а,- число пар параллельных ветвей обмотки якоря; ,2,3,...,s - номера секций обмотки якоря в порядке из расположения по расточке, начиная с произвольно взятой; 1 ,2,3,..., S - номера групп коллекторных пластин, определяемые по наименьшему номеру коллекторной пластины, входящей в данную группу, i( P) l+sF(l-l)/s; ,2,3,«., k т S - номера коллекторных пластин в порядке их расположения по расточке коллектора при в том же направлении, что и при нумерации, секций якоря, начиная с произвольно взятой k,, k, kj - целые положительные числа, включая нуль; F - оператор выделения дробной части смешанной дроби. 3 ил., 5 табл. (Л со 4i) СО СП

Таблица 2

Группы коллекторных пластин для схемы обмотки, показанной на фиг.1 и 2

Секции обмотки якоря 2 подключены к коллектору 4 следующим об- разом. Начала секций 1с-25с с порядковыми номерами ,2,3,..., подключены к группам коллекторных пластин с номерами i, например для машины показанной на фиг.1 и 2 (ис- полнение 1), в случае, когда число пар параллельных ветвей , начало секции с номером подсоединено к группе коллекторных пластин с номером

i.Hs.r, (| 2i iji-i-l) .

.,«5F,(|5 ,.,.25Р,(-|У 1+25 Ft (1 ) 1 + 19 20,

25

где

sk,±a 25-8-2 ., - Г То

18

-принято равным 8, так как 8 является наименьшим числом, обеспечивающим выполнение условия, что у должно быть равно целому числу;

принято равным 29, так как 29 является наименьшим числом.

0 5 0

5

0

5

обеспечивающим выполнение условия, что число.в квадратных скобках должно быть целым положительным числом. Концы секций 1с-25с с порядковыми номерами ,2,3,..., подключены к группам коллекторных пластин с номерами , например, для рассмотренного примера с секцией с номером , ее конец подключен к группе коллекторных пластин с номером ;)l+s.R(2r iSi±i±i: l) i... 25

S U Q у J

, f2 Г25 -18+2+1 1-n , -с с /2 ,гч «F, ( ,(25-1«) 1+25-Fed ) ,

где kj принято равным 18, так как 18 является наименьшим числом, обеспечивающим выполнение условия, что число в квадратных скобках равно целому положительному числу.

Для машины с , схемы которой показаны на фиг.1 и 2 (исполнение 1), в табл.4 приведены порядок подсоединения секций 3 с номерами j (1 с-25с) к группам коллекторных пластин Ik-150k и величины чисел k, и k2, при которых опре делены номера групп i и .

Т а .6 л и ц а 4

11

Для машины с , схема которойгруппам коллекторных пластин lk-150k

показана на фиг.З (исполнение 3), ви величины чисел k, и k, при кототабл.5. приведены порядок подсоедине- 20рых определены номера групп i и,. ния секций 3 с номерами j (1с-25с) к

ТаблицаЗ

Порядок подсоедииения секций к группам коллек- ториых пластин для схемы обмотки якоря,показанной

на фиг.З.

Начало i-й секции подсоединен к группе коллекторных пластин i при зиаче- ниях kf

1

17

8

24

15

6

22

13

4

20

11

137435012

Продолжение табл.4

Конец i-й секции подсоедииен к группе пластин при значениях k

15

б

22

13

4

20

П

2

1В

9

25

4 3 2 1

О 7 б 5 4 3 2

На фиг.1-3 показаны электрические схемы предлагаемой машины для случая, когда в них установлено d пар щеток 6 и 7 (на фиг.1 и 2 , на фиг.З ).

Машина работоспособна при установке одной пары разнополярных щеток 6 и 7, необходимость установки дополнительных щеток (сверх d пар) определяется исходя из условия обеспечения заданной плотности тока под щетками, а также повышения надежности щеточ- но-коллекторного узла и машины в целом путем резервирования щеток 6 и 7.

При подаче напряжения на токо- сборные.шины 8 и 9 машины, схемы

5

0

5

которой показаны на фиг.1 и 2, ток протекает по следующей цепи: токо- сборная шина 9, щетки 7, пластины коллектора 4 с номерами 129k, 137k, 138k и 146k, четыре параллельные ветви обмотки (), первая из которых состоит из секций 3 с номерами j 25с, 14с, 3с, 17с и 6с, вторая - , из секций 18с, 7с, 21с, Юс, 24с, третья- из секций 2с, 1бс, 5с, 19с и 8с, четвертая - из секций 9с, 23с, 12с, 1с и 15с, пластины коллектора 4 с номерами 133k, 134k, 142k и 150k, щетки 6, токосборная шина 8. Секции 3 с номерами 11с, 4с, 22с, 20с и 13с закорочены щетками 6 и 7 и находятся в состоянии коммутации.

Ток, проходящий по секциям 3 якоря 2, взаимодействует с магнитным потоком, создаваемым магнитами, ипри- водит якорь 2 во вращение. При повороте якоря 2 на одно коллекторное деление в направлении, показанном на фиг.1 и 2 стрелками, структура параллельных ветвей обмотки изменяется и в режиме коммутации оказьшаются секции 3 с номерами , 9с, 16с, 18с и 25с, а параллельные ветви состоят из секций 3 с номерами j: первая - 14с, 3с, 17с, 6с и 20с; вторая - 21с, 10с, 24с, 13с и 2с; третья 5с, 19с, 8с, 11с и 22с; четвертая - 23с, 12с, 1с, 15с и 4с

При выполнении машины по схеме на фиг.З при подаче напряжения на то- косборные шины 8 и 9 ток протекает по следующей цепи: токосборная шина 9, щетки 7, пластины коллектора 4с номерами 204k, 205k и 217k, шесть параллельньк ветвей обмотки (), первая из которых состоит из секций 3 с номерами , 6с, Юс и 14с, вторая - из секций 23с, 19с, 15с и 11с, третья - из секций 20с, 24с, 3с и 7с, четвертая - из секций 12с, 8с, 4с и 25с, пятая - из секций 9с, 13с, 17с и 21с, шестая - из секций 5с, 1с, 22с и 18с, пластины коллектора 4 с номерами 210k, 211k и 223k, щетки 6, токосборная шина 8. Секция с номером 16с закорочена щетками 7 и находится в состоянии коммутации.

Функционирование предлагаемой многополюсной электрической машины в качестве двигателя постоянного тока обеспечивается тем, что при подсоединении секций обмотки якоря к пластинам коллектора на пластинах кол- . лектора при вращении якоря в магнитном поле полюсов индуктора возникает стоячая волна электрического потенциала с числом периодов, равным числу пар полюсов р. При установке щеток по геометрическим нейтралям между разнополярными щетками возникает постоянная противоЭДС якоря, уравновешивающая приложенное к щеткам двигателя постоянное напряжение питания.

Предлагаемая машина, изготовленная из тех же конструктивных элементов, что и известная, может быть выполнена с числом пар параллельньк ветвей ,3,4,..., что снимает ряд ограничений-конструктивного и техно-

логического характера и расширяет область ее применения. Одновременно возможность варьирования числа пар параллельных ветвей обмотки якоря позволяет согласовьшать внутренние параметры машины с параметрами источника питания (напряжение, ток и т.д.)

Формула изобретения

Многополюсная электрическая машина постоянного тока, содержащая индуктор с р d m парами полюсов чередующейся полярности, якорь с замкнутой обмоткой, состоящей из равномерно расположенных по расточке якоря секций, число s которых не имеет общих делителей с числом пар полюсов р, и коллектор с числом коллекторных пластин s, соединенных между собой токоподводящими перемычками с шагом по коллектору, равным s, о т - личающаяся тем, что, с целью расширения области применения за счет увеличения числа параллельных ветвей обмотки якоря, позволяющих согласовать параметры машины с параметрами источника питания, начало секции с номером j подключено к группе коллекторных пластин с номером

i i 3F 2 sbiii i),

5: s L d У J

а конец этой секции подключен к группе коллекторных пластин с йомером

I ,.,.,p(.).

0

5

0

5

где

d и m - любое целое положительное число, не равное единице J

|.ЬЛ.,

а

J

,

iO)

число пар параллельных ветвей обмотки якоря; 1,2,3,...,8- номера секций обмотки якоря в порядке их расположения по расточке якоря, начиная с произвольно взятой;

1,2,3,...,s - номера групп коллекторных пластин, определяемые по наименьшему номеру коллекторной пластины, входящей в данную группу

1 + sf,(i);

4IC

Ус 1

3с

2с

1C

Z5c

Лс

гос

19с V8c

Ег,18

целые положительные числа, включая нуль, обеспечивающие выполнение условия, что выражения, заключенные в квадратные скобы, равны целым положительным числам; оператор вьщеления дробной части смешанной дроби.

7с

8к

3с

Юс

VVf

Ч5с

16с

17с

зСЖ з-СЩс

fpu.e.2

«2.3