Многополюсная электрическая машина постоянного тока Советский патент 1988 года по МПК H02K23/54 

Г

(Л

Изобретение относится к области электромтаиностроения. Целью изобретения является повышение технико-экономических показателей. Электрическая машина содержит индуктор 1 с полюсами 2 чередующейся полярности, якорь 3 с неперекрещивающейся обмоткой, состоящей из спирально навитых секций 4, подсоединенных к равномерно распределенным по окружности пластинам 5 коллектора 6. Щеточно-коллек- торный узел состоит из траверсы 7 и щеток 8,9 Дополнительно установлена траверса 10, сочлененная с валом 11 через подшипники 12. На траверсе 10 установлены пара диаметрально размещенных гцеток 13,14, контактирующих с коллекторными пластинами 5, и (

фае/

пара контактных колец 15,16, контактирующих со щетками 8,9, установленными на индукторе 1. На второй траверсе установлена гаестерня 17 с числом зубьев z , На индукторе 1 соосно шестерне 17 расположена шестерня 18 с числом зубьев .. На якоре 3 в дополнительных nOAraHHHHkax 19 параллельно оси вала 11 установлен ваИзобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в моментных, двигателях посто- янно1 о тока инфранйзких частот вращения с повышенными требованиями по обеспечению постоянства частоты вращения в пределах одного оборота или его чГасти.

Цель изобретения - улучшение технико-экономических показателей электрической малиныо

На ф.чг,1 показана конструкция предлагаемой электрической машины для случая 2р 30, S 21, п 4, га 1 3; на фиг.2 - разрез А-А на .фиг,1; на фиг.З - конструкция якоря и дополнительной траверсы; на фиг.4 - электрическая схема подсоединения секций обмотки к коллекторным пластинам, при этом для удобства чтения схемы изменен порядок размещения ,сек- ций, показанный на фиг.З.

Электрическая машину содержит ин- ,дуктор 1 с 2р « е (2т + 2п) 3-(2 1ч- +2-4) 30 полюсам 2 чередующейся полярности, якорь 3 с неперекрещивающейся обмоткой, состоящей из s 8(2п-1) 3-(24 - 1) 21 спирально навитых секций 4 (фиг.4, 1с-21с), подсоединенных к s равномерно распо ложенным по окружности пластинам 5 (фиг.4, lk-21k) коллектора 6, выполненным с угловой шириной jb - 2 2 ir

- Q 2 У ширина изоляции между коллекторными

пластинами. Щеточно-коллекторньй узел состоит из траверсы 7 и щеток 8 и 9, кроме того, электрическая машина снабжена траверсой 10, сочлененной

с налом П подшипники 12. На

ЛГ-1К 20, на KOHTU1X которого закреплены две шестерни 2, 22 с числом зубьев z и Zy соответственно. Шестерня 21 сцеплена с шестерней 17, а шестерня 22 - с иестерней 18. Такое вьтолне- ние позволяет увеличить число пар полюсов индуктора и число сек - ций обмотки якоря. 4 ил.,1 табл.

траверсе 10 установлены пара диаметрально размещенных щеток 13 и 14, контактирующих с коллекторными плас- . тинами 5j и пара контактных колец 15 и 16, контактирующих со щетками 8 и 9, установленными на индукторе 1. Щетки В,9, 13 и 14 имеют одинаковое сечение. Минимальное число коллекторных пластин 5, контактирующих со щеткой 13 или 14 при любом угловом положении коллектора 6, равняется 8 . На второй траверсе установлена шес- стерня 17 с числом зубьев z, , на индукторе 1 соосно шестерне 17 расположена шестерня 18 с числом зубьев иа якоре 3 в дополнительных подшипниках 19 параллельно оси вала 11 установлен валик 20, на котором закреплены две шестерни 21 и 22 с числом зубьев соответственно z, и г. Шестерня 21 сцеплена с шестерней 17, а шестерня 22 с шестерней 18, Отношение числа зубьев удовлетворяет г Z.

условию

z

-Л р +

7-4

1 15 + 1

16s что, например, реализуется при Z, 7,, 40, 2 240 и z 15.

Секции Iс-21 с обмотки якоря 3 подключены к коллектору 6 следующим образом. Начала секций с -21с с по- рядковьши номерами i 1,2,3,.«.,19, 20,21 подключены к коллекторйым пластинам с номерами - , например для машиныs показанной на фиг. I - 4, в случае,, ;огда 8 3, п 4, начало секции с номером подсоединено к коллекторной пластине с номером - 10.

Конць секций 1 с-21 с с порядковыми .номерами i 1,2,3,.,.,19,20,21 под- ключень к коллекторгшм пластинам с

номерами - + у, например конец секции с номером , начало которой цодклк1че1ю к коллекторной пластине с номером - 10 , подключен к пластине с номером у 10 + 3 13.

Для машины с & 3 схема которой показана на фиг.4, порядок подсоединения секций с номерами i (lc-21c) к коллекторным пластинам lk-21k и величины чисел d и с. при которых определены номера коллекторных пластин, приведены в таблице.

Порядок подсоединения секций обФодолже)1йе .w

10

5

0

5

0

5

При подаче напряжения на 1цетки 8 и 9 ток протекает по цепи: щетка 9, контактное кольцо 16, дополнительная щетка 13, пластины коллектора Ik, 2k, 21k, шесть параллельных ветвей обмотки якоря, первая из которых состоит из последовательно соединенных секций 1с, 5с, 2с; вторая - из секций 4с, 7с, 3с; третья - из секций 8с, 12с, 9с, 13с; четвертая - из секций 11с, 14с, 10с; пятая - из секций 19с, 16с, 20с} 1честая - из секций 15с, 18с, 21с, 17с, пластины коллектора 10k, Ilk, l2k, дополнительная гдетка 14, контактное кольцо 15, щетка 8. В результате взаимодействия тока, протекающего по секпиям 1с-21с, с магнитным полем полюсов индуктора 1 возникает электромагнитный момент, под действием которого якорь вра1цается.

При вршцении якоря 3 шестерки 2I, 17, 22 и 18 обеспечивают вращение дополнительной траверсы 10 относительно коллектора 6 со скоросгью, в р раз большей скорости якоря 3 относительно индуктора 1. При этом в каждой из секций за один оборот якоря направление тока изменяется 2р раз,

что обеспечивает функционирование предлагаемой машины как машины постоянного тока. Для рассматриваемого случая минимальное число коллекторных пластин 5, контактирующих с дополнительной щеткой 13 или 14, равняется трем, что исключает возможность обес- точивания одной или нескольких параллельных ветвей обмотки,

Технико-экономическая целесообразность использования предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом определяется следующим.

Увеличение числа пар полюсов при сохранении перегрузочной способности электрической машины позволяет уменьшить высоту магнитов. Это обусловлено тем, что высота постоянных магнитов в машинах рассматриваемого класса выбирается из условия устойчивости

к размагничивающему действию реакции якоря, величина которой определяется формулой

V - А Ъм F2

где А - линейная нагрузка машины;

Ь, - ширина магнита. . Уменьшение величины реакции якоря при увеличении числа пар полюров р и уменьшении ширины магнита Ъ позволяет уменьшить высоту магнита, а следовательно , расход материала постоянных магнитов.

Увеличение числа секций обмотки якоря при условии сохранения активной длины проводников и среднего диаметра якоря постоянным позволяет уменьшить вылет лобовых частей обмотки за счет уменьшения ширины катушки секции, при этом уменьшаются габаритные размеры двигателя.

Кроме того, увеличение числа полюсов и числа секций йриводит к увеличению количества коллекторных плас- тин, при этом повышается частота и снижаемся уровень пульсаций электромагнитного момента двигателя и выходного напряжения генератора.

Предлагаемое выполнение электрической машины в значительной степени снимает ограничения на величины чисел р и S в машине заданного габарита за счет применения механической ре- дукции частоты переключения в секциях обмотки якоря, что обеспечивает дальнейшее улучшение ее технико-экономиг

5 0

5

0

ческих показателей путем увеличения чисел р и S.

Усложнение конструкции за счет установки дополнительных щеток, контактных колец и .механической передачи компенсируется уменьшением затрат активных материалов индуктора и якоря, уменьшением габаритных размеров двигателя, снижением уровня коллекторных пульсаций электромагнитного момента, упроьцением технологии изготовления коллектора за счет снижения требований к точности изготовления и установки коллекторных пластин, уменьшением количества щеток, снижением требований к точности установки щеток на нейтраль за счет уменьшения количества щеток, контактирующих с коллектором, с 2р до двух.

Формула изобретения

Многополюсная электрическая машина постоянного тока, содержащая индуктор с 2р К (2т + 2п) полюсами чередующейся полярности, установленный на валу якорь с неперекрещивающейся обмоткой, состоящей из s - 6 (2п - 1) секций, подсоединенных к равномерно расположенным по окружности коллекторным плactинaм коллектора, и щеточный узел, состоящий из траверсы и щеток, отличающаяся тем, что.

с цельй повышения технико-экономических показателей, она снабжена второй траверсой, сочлененной через подишпник с валом электрической м.шаины, контактными кольцами, шестернями и валиком, на второй траверсе установлены пара диаметрально размещенных щеток, контактирующих с коллекторными пластинами, пара контактнь х колец, контактирующих со щетками, расположенными на индукторе, и шестерня второй траверсы с числом зубьев z, , на индукторе соосно с шестерней второй траверсы установлена шестерня индуктора с числом зубьев г , на якоре в дополнительных подшипниках параллельно оси вала машийы размещен валик, на концах Которого жестко закреплены две шестерни с числом зубьев z и z , гаестерня с числом зубьев z сцеплена с шестерней второй траверсы, а шестерня с числом зубьев z сцеплена с шестерней индуктора, отношение числа зубьев шестерен удовлетворяет

условию

р + 1, при этом

начало секции с номером i подсоединено к коллекторной пластине с номером 5

e.c.z.tiii,. 1,

S. k± е

шаг обмотки;

Р

,2,3,...- наименьшее число, обеспечивающее выполнение

условия, равное

Р

целому числу;

а конец секции с номером i подсоеди- . Д Д

10 и V 1,2.3,...,г - соответственно иен к коллекторной пластине с номе-

. номера секции и номера коллекторных пластин в

целое. порядке их расположения

по окруж 1ости якоря, начиная с произвольно взятой.

где с

ром + У , i-1

i2n-j)d+i-l -Z4t2n3T

У

число при любом наименьшем ,l,2,...}

А-А

01 а 2

.IJ.S

5с

Ps Ш

Ж}

м

ртТ /&

иИ

LE

1

ГЖ

0

СЕ1

Ш

czi

Ж

G

НН

Зх

1