Многополюсная электрическая машина постоянного тока Советский патент 1991 года по МПК H02K26/00 

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в моментных двигателях дисковой и цилиндрической конструкции ин- франизких частот вращения, а также в тахогенераторах аналогичной конструкции.

Целью изобретения является расширение области применения электрической машины и упрощение ее конструкции.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемой многополюсной машины постоянного тока с числом полюсов р 17 и ислом секций s 24, на которой показано соединение части

секций между собой перемычками, подсо единение перемычек к коллектору и соединение коллекторных пластин в группы при помощи коллекторных перемычек для случая, когда делители числа q 2 .t 17-12 204; на фиг. 2 - электрическая схема машины по фиг. 1 (для удобства чтения схемы пластины коллектора, входящие в fодну группу и соединенные одна с другой коллекторными перемычками, размещены в одну строку, а не в действительном порядке их расположения по коллектору); на фиг. 3 - пример выполнения электрической схемы машины с теми же числами р 17

О5 Ю

4ь

05

сл

и s 24, но о 3; t 8 и К t-p 8«17 136.

Многополюсная электрическая машина постоянного тока состоит из индуктора с 2р 34 полюсами 1 чередующейся полярности, обозначенной индексами N и S, якоря 2, обмотка которого выполнена из спирально навитых и равномерно расположенных по его окружности секций 3, обозначен- |ных на фиг. 1, 2 и 3 номерами 1с-24с, при этом номера 1с-24с присвоены секциям 3 п порядке их расположения по окружности якоря 2, начиная с любой произвольно взятой, секции 3 соединены между собой с шагом у

sn + 1. ,

перемычками 4, обозначенР

ными на фиг. t,2 и 3 номерами 1-24, причем номер перемычки 4 соответствует номеру секции 3, к началу которой она подсоединена, коллектора 5, состоящего из К р-t пластин, которым на фиг. 1 и 2 присвоены номера 1К-204К, а на фиг. 3 - 1К-136К, при этом номера присвоены пластинам коллектора 5 в порядке их расположения по расточке коллектора 5 при обходе в том же направлении-, что и при нумерации секций 3 якоря 2, начиная с произвольной пластины коллектора 5, коллекторных перемычек 6, объединяющих пластины коллектора 5 в t групп по р коллекторных пластин в каждой группе, при этом коллекторные перемычки 6 установлены так, что каждая из них соединяет пластины 1К-204К на фиг. 1 и 1 (1К-136К на фйг,3), смещенные одна относительно другой на t последовательно расположенных пластин, например, как показано на фиг.1, коллекторные перемычки 6 соединяют пластины 1ЗК и 25К (25 - 13 12 t), 37K, 49К и т.д., и разнополярных щеток 7 и 8.

Обязательным для реализации предлагаемой конструкции электрической машины является выполнение условия выбора числа секций s якоря 2 таким, чтобы оно имело как минимум два делителя q и t, не равных единице, и s q«t, при этом число пар

полюсов 1 индуктора не имеет делителями числа q и t. На фиг.1 показана машина, имеющая р 17 и s 24, которая может быть реализована в исполнениях, приведенных в табл.1.

Таблица 1

0

5

В зависимости от принятого исполнения коллектор 5 имеет различное число пластин: в первом исполнении K p.t 17«12 204, во втором-К 136, в третьем - К 17«6 102, в четвертом - К 68, в пятом - К . 51. Пластины с помощью коллекторых перемычек 6 объединены в t групп, которым присвоены номера 3, определяемые по наименьшим номерам пластин, входящих в данную Труппу.

Принадлежность пластины с номером к группе пластин с номером v опре- 0 делается следующим образом:

.1-1.

}- 1

+ t

I

)

Например, для машины, изображенной на фиг. 1 и 2 (t 12), пластина с ноit-

мером 1 38К входит в группу с номером

, JO - 1ч J J .

} 1 + 12Fre221L -1 +

12F,

f-T2

,

а пластина с номером 1 102К - в группу с номером

}-1

12Р„( 1 + 12Fr(8 5

12

12

1+5

6.

Для машины, у которой К 204 { 12) (исполнение 1), группы об- .разуются пластинами 1 1К-204К коллектора 5, приведенными в табл 2 (группы коллекторных пластин для схемы обмотки, показанной на фиг.1 и 2).

Примечание: Буквенные индексы к у номеров пластин опущены.

Для машины по фиг.З, у которой К пластинами 1 1К-136К, приведенными 136 (t 8), группы образуются20 в табл.3.

Таблица 3

Изобретение относится к электромашиностроению. Пелью изобретения является расширение области применения и упрощение конструкции. Машина по стоянного тока состоит из индуктора с полюсами чередующейся полярности, якоря, обмотка которого выполнена из спирально навитых и равномерно распо7 ложенных по его окружности секций.Секции соединены между собой с шагом1 sn + 1 у перемычками. Коллектор состоит из К p-t пластин. Число секций обмотки якоря s q-t выбрано таким, что имеется хотя бы два делителя, не равных единице. Коллекторные перемычки объединяют пластины коллектора в группы по р коллекторных пластин в каждой группе. Перемычки установлены так, что каждая из них -ч соединяет пластины 1К-204К,смещенные одна относительно другой на t последовательно расположенных пластин и разнополярных щеток. 5 табл, 3 ил. § СО

Секции 1с-24с обмотки якоря 2 поключены к коллектору 5 следующим образом.

Секции соединены между собой пермычками 4, выполненными с шагом Jn± 1 24-5«1 119

17

- 7

Р 17 (число п принято равным 5, так как является наименьшим числом, обеспечивающим выполнение условия, что у должно быть целым числом), т. е. - конец первой секции соединен перемычкой 8- с началом восьмой секции, конец восьмой секции соединен перемычкой 15 с началом пятнадцатой секции и т.д., при установке всех s перемычек обмотка якоря получается замкнутой, а соответствующие перемычки подключаются к группам кол- пекторных пластин по алгоритму

sFjill

i 1 +

У).

r- t

Например, для мапмны, схемы которой показаны на фиг. 1 и 2, к группе

35 коллекторных пластин с номером -V

4 подключена перемычка с номером

i 1

+ )

1 + 24Fr,(1-y) 1 + 18-19,

г 4 т.е. перемычка, которая соединяет

начало секции с номером 19 и конец с номером i i-y+K2, s 19-7 12 (КЈ О, т.к. ), для машины по схеме 3 к группе коллекторных пластин с номером v 4 подключена перемычка с номером i

.(4-1)7,

i 1 + 24FP(8

-)

1 +24Fr(2.|) 1 + 15 16,

т.е. перемычка, которая соединяет начало секции с номером 16с и конец секции с номером 9с.

Для машины по схеме на фиг. 1 и (исполнение 1) порядок подсоединения групп коллекторных пластин к перемычкам 4 приведен в табл.4.

Таблица 4

Примечание. Индексы с у номеров секций опущены.

Для машины по схеме фиг.З (исполнение 2) порядок подсоединения групп коллекторных пластин и перемычек 4 приведен в табл.5.

Таблица

На фиг.1-3 приведены электрические схемы предлагаемой машины для случая, когда в них установлена одна пара разнополярных щеток 7 и 8. Максимальное число дополнительных пар щеток равно р 1 и определяется количеством однопотенциальных пластин коллектора в группе. Необходимость

5

0

5

установки дополнительных пар щеток определяется исходя из условия обеспечения заданной плотности тока под щетками или из условия повышения надежности машины путем резервирования щеток 7 и 8.

Схемы соединения секций, подключения перемычек к группам коллекторных пластин и формирования групп для остальных исполнений (3-5) выполняются аналогично описанному выше.

При подаче напряжения на щетки 7 и 8 машины, схемы которой показаны на фиг.1 и 2, ток пойдет по следующей цепи: щетка 7, пла-стины коллектора, входящие в первую группу (1К, 13К , 193К), две параллельные ветви обмотки, первая из которых состоит из секций 3 с номерами i 1с,Зс, 15с, 22с, 5с, 12с, 19с, 2с, 9с, 16с, 23с, 6с, а вторая - из секций с номерами 18с, 11с, 4с, 21с, 14с, 7с, 24с, 17с, Юс, Зс, 20с, 13с, седьмая группа коллекторных пластин (коллекторные пластины с номерами 7К, 19К, 31К... J99K), щетки 8.

Ток, проходящий по параллельным - ветвям обмотки, взаимодействует с магнитным потоком полюсов индуктора

1,в результате чего под действием электромагнитного момента якорь 2

приходит во вращение.При повороте якоря 2 в направлении,показанном на фиг.1 и

2 стрелками,структура параллельных

ветвей изменяется. Секции с номерами 1с и 8с закорачиваются щеткой 7, а секции 20с и 13с - щеткой 8 (указанные секции находятся в режиме коммутации) . При повороте якоря 2 на одно коллекторное деление параллельные ветви состоят из секций 3 с номерами: первая - 15с, 22с, 5с, 12с, 19с, 2с, 9с, 16с, 23с, 6с7 13с, 20с, а вторая - 8с, 1с, 18с, 11с, 4с, 21с, 14с, 7с, 24с, 17с, 10с, Зс. В дальнейшем указанный процесс циклически повторяется.

При выполнении машины пп схеме фиг.З ток протекает по тем же параллельным ветвям, однако каждая из щеток 7 и 8 коммутирует одновременно не

2,а 3 секции.

Функционирование предлагаемой многополюсной электрической машины в качестве электрической машины постоянного тока обеспечивается тем, что при указанном соединении секций между собой и подключении перемычек к коллектору на пластинах коллектора при вращении якоря в магнитном поле полюсов индуктора возникает стоячая волна электрического потенциала. Действительно, потенциал начала i-й секции определяется разовым фактором ее углового положения

(i-°

sn± 1

При шаге соединения у

Р

между собой соединяются секции, имеющие минимальную разность фазовых факторов для данной системы

2fr

sn± 1

Р

f

2и

(sn + 1) +

При этом потенциал групп коллекторных пластин для машины по схемам фиг.1 и 2 (в соответствии с табл.4) определяется Лазовыми факторами:

оЛ

что свидетельствует о наличии синусоидальной волны на коллекторе.

За счет установки перемычек по коллектору с шагом t потенциальная волна дублируется р раз.При установ-j ке щеток по геометрическим нейтралям между щетками возникает постоянная ЭДС якоря, а коллектор функционирует в качестве выпрямителя-инвертора, обеспечивая 2р переключений секций за один оборот якоря.

Предлагаемая машина, изготовленная

из тех же элементов, что и известная, расширяет область применения известной конструкции на машины с числом р, не удовлетворяющим условию р m d, a

10

15

20

25

30

35

следовательно, может быть выполнена при числах р, определяемых методами оптимального проектирования. Кроме того, полная симметрия структуры ветвей у предлагаемой машины имеет место уже при одной паре щеток, а не при d( парах,как в известной машине,что при- воДит к упрощению ее конструкции.

Формула изобретения

Многополюсная электрическая машина постоянного тока, содержащая индуктор с 2р, полюсами чередующейся полярности и якорь с замкнутой обмоткой, состоящей из s равномерно расположенных по расточке якетря секций, соединенных

sn ± 1 между собой с шагом у

iперемычками, при этом число s не име- ет с числом р общих делителей, коллектор , пластины которого с помощью токопроводящих перемычек объединены в группы, и установленные по геометрическим нейтралям щетки, о т л и ч а ю- щ а я с я тем, что, с целью расширения области- применения и упрощения конструкции, число секций обмотки якоря s (jit выбрано таким образом, что имеется, хотя бы два делителя q и t, не равных единице, число коллекторных пластин К удовлетворяет условию К p-t, токопроводящие перемычки по коллектору выполнены с шагом, равным числу t, группа коллекторных пластин с номером } подсоединена к перемычке,соединяющей начало секции с номером i

40

1 + sFp(

( Р У) t /

5

5

и конец секции - с номером i i i - у + K2s,

где n - наименьшее число, обеспечивающее условие, число у равно целому положительному числу,4 q,t - делители числа s не равны

единице , F,, - оператор выделения дробной

части смешанной дроби; i 1,2,3,...,s - номера секций ( в порядке их расположения по

расточке якоря, начиная с . произвольно взятой v 1,2,3,...,t - номера групп пластин коллектора, опреде1 162А61Ь

ляемые по наименьшему номеру пластины коллектора из пластин, входящих п данную группу с номерами

, 1 + t(Fr(l)). 1,2,3,...,pt - номера пластин

5с

ЗС

с

2с

23с

22с

21С

20с

№

12

коллектора в порядке их расположения по расточке коллектора при обходе в том же направлении, что и при нумерации ( секций якоря; 0 при i у,

1 при .

дс

9с

Юс

14с

15С

1БС

17с

фиг. 1

Фиг. 2

П П

ш

8

« Фиг. 5

Составитель С.Шутова Редактор А.Маковская Техред М.Дидык

Корректор Т.Палий