Электрическая машина постоянного тока Советский патент 1991 года по МПК H02K5/24 

Фиг. 1

Изобретение относится к электромаши- ностррению, а именно к электрическим машинам постоянного тока.

Целью изобретения является повышение надежности за счет снижения вибраций.

На фиг. 1 представлена электрическая машина, продольное сечение; на фиг. 2 - то же, поперечное сечение.

Электрическая машина содержит станину 1 (фиг.2) полюса 2 с обмоткой возбуждения, зубчатый якорь 3 с обмоткой, коллектор 4 (фиг.1). В воздушном зазоре между якорем 3 и полюсами 2 расположен экран 5 из материала с высокой электропроводностью, например из меди, Экран крепится к станине с помощью стержней (шпилек) 6, выполненных из немагнитного металла с низкой электропроводностью.

Стержни размещаются между главными полюсами в поперечной плоскости и крепятся к экрану вблизи его торцов в продольной плоскости. В радиальном направлении стержни обеспечивают жесткость конструкции и позволяют закреплять экран с зазорами относительно якоря и полюсов.

В тангенциальном направлении крепление экрана с помощью стержней 6 является упругим, если размеры и количество стержней выбраны из условия, что собственные частоты закрепленного экрана ниже частот возмущающих сил. При этом диаметр стео жней определяется по формуле.

4

d 2 .

N : Е где d - диаметр стержня;

f - частота вибровозмущающих сил;

h - высота полюса;

М - масса экрана;

N - количество стержней;

Е - модуль Юнга материала стержней.

Другим примером упругого крепления экрана в тангенциальном направлении является крепление его с помощью пружин, натягиваемых между полюсами в тангенциальном направлении, но технологически это сложно.

Для повышения продольной жесткости экрана в, междуполюсном пространстве к экрану крепятся ребра 7 из немагнитного материала. Кроме того, на торцах экрана имеются короткозамыкающие кольца 8 из материала с высокой электропроводностью, например из меди, обеспечивающие высокий эффект экранирования и повышающие жесткость экрана в тангенциальном направлении.

Такое исполнение обеспечивает высокую эффективность экранирования переменных полей и одновременно позволяет организовать интенсивное принудительное охлаждение якоря 3 и экрана 5 в осевом направлении. Толщина экрана должна быть

не менее глубины проникновения переменного магнитного поля.

Крепление экрана выполняет две функции. С одной стороны,-оно должно быть упругим в тангенциальном направлении,

чтобы исключить передачу тангенциальных колебаний экрана на полюсе, с другой стороны, крепление должны быть жестким в радиальном направлении, чтобы обеспечить точную фиксацию экрана в воздушном

зазоре, при которой обеспечиваются зазоры между экраном, якорем и полюсами Такое крепление, например, выполняется с помощью стержней (шпилек) 6 из немагнитного металла с низкой электропроводностыо. Стержни ввинчиваются в продольные ребра 7 или в короткозямкнутые кольца 8 экрана и в станину 1.

В поперечной плоскости машины стержни б размещаются между главными полюсами 2. В продольной плоскости стержни устанавливаются вблизи торцов экрана 5.

По конструктивным и технологическим соображениям, а также для обеспечения ра1- диальной вентиляции в ряде случаев целесообразно подразделять единый сплошной экран на части закрывающие полюсные, наконечники и соединенные между собой гибкими перемычками, образующими короткпзамыкзющие кольца. При этом упругое крепление должно быть произведено для кнждои части экрана.

Устройство работает следующим образом.

Основное магнитное поле является результирующим для поля возбуждения полюсов 2 и поля реакции якоря 3. Это поле неподвижно относите ы-о якоря и не индуктирует в экране 5 вихревые токи.

Пульсации тока в цепи якоря 3 и зубцовые пульсации поля якоря индуктируют в экране 5 вихревые токи, создающие встреч- ио направленные г. источникам магнитные поля.

Взаимодействие электромагнитных полей и токов якоря 3. экрана 5 и полюсов 2 дает радиальные и тангенциальные вибро- возмущающие силы,

Рассмотрим электромагнитные силу в

системе якорь-экран-полюс при пульса ции тока в обмотке якоря,

1. Взаимодействие переменных полей и токов якоря и экрана создает радиальные и тангенциальные виброяозмущающие силы, приложенные , икорю и экрану Силы имеют

двойную частоту по отношению к частоте пульсаций тока якоря.

2.Взаимодействие переменных полей и токов якоря с постоянным полем возбуждения полюсов 2 создает радиальные и тангенциальные вибровозмущающие силы, приложенные к якорю и полюсам. Силы имеют частоту, равную частоте пульсаций тока якоря,

3.Взаимодействие переменных полей и токов экрана с постоянным полем возбуждения полюсов создает радиальные и тангенциальные вибровозмущающие силы, приложенные к экрану и полюсам. Силы имеют частоту, равную частоте пульсаций тока якоря.

4.Взаимодействие переменных полей и токов экрана с постоянным полем реакции якоря создает радиальные и тангенциальные вибровозмущлющие силы, приложен ные к якорю и экрану.

Из приведенного анализа видно, что по скольку поля и токи экрана направлены встречно по отношению к переменным по лям и токам якоря результирующие силы, приложенные к полюсам и вызывающие вибрации станины под влиянием экрана и якоря при высокой эффективности экрани ропания. рэоны nvn O

Это происходит тспько npf «npvroM ja креплении экрана шда колебания экрана могут рассматоивзтьсч независимо от колебаний пспюсов

Таким обрг.зом, упруго закрепленный экран защищает магнитную оипему от вибрации ясзникяощих m тя пупьслций токов в o5f 0i ке РКПГ к

Рассмотрим теперь электромагнитное силы в системе чкг/рь-экран-пп 1 ос1, возникающие из Jfi /б овьи пульсации поля якоря.

1.Взаимодействие основа го рабочего

С ЗуСчЮОо М. ЗРМОНИ ;Г1И ПО IM ЯКОр

создает радиальные вибривозмущающие силы, приложеннь е к якорю и полюсам. Эти силы имеют зубцовую частоту.

2.Взаимодействие основного поля возбуждения с переменными полями и токами экрана создае. радиальные и тангенциальные виброеозмущающие силы, приложенные к экрану и полюсам. Силы имеют зубцовую частот/.

3.Взаимодействие поля реакции якоря с переменными полями и токами экрана создает радиальные и тангенциальные виЕ ровозмущак Щ 1е силы, приложенные, к экрану и якорю. Силы имеют зубцозую частоту.

4.Взаимодействие переменных полей и токов экрана с зубцовыми гармониками поля экрана создает радиальные и тангенци альные вибровозмущающие силы, приложенные к экрану и якорю Силы имеют удвоенную зубцовую частоту.

Из анализа сил , что поскольку

поля экрана направлены встречно по отношению к зубцовым гармоникам поля якорч и демпфируют их, результирующие радиальные вибровозмущающие силы, приложенные к полюсам, равны нулю.

Таким образом, упруго закрепленный экран защищает магнитную систему от радиальных вибраций, возникающих из-за зубцовых пульсаций поля якоря,

Тангенциальные вибрации экрана не передаются на магнитную систему благодаря упругой подпеске экрана на стержнях (шпильках) 6.

В результате, применение упруго закрепленного экрана обеспечивает высокую эффективность снижения маг нитных вибраций чкорч электрической машины постоянного тока

25

Формула изобретения

1. Электрическая машина постоянного тока, содержащая станину, полюса с полюсными наконечниками зубчатый якорь и кол/юкгоо, ( т г и -; a KJ щ п я с я тем, что г цр . и ПС.РЬ ШГКИЧ надежности ;-j cuci CI.H- .1ии-; рибрчц .м в зазоре между якорем и полк арin рлзмгщен щ-линдрическлй экррч и;ч м-ттгриэл/i с высокой элег тюпронодноCTi-o примем экран прикреплю, , станине yi.iy о в тан: енциальном нж рпвл нии на- гги лц .. с помощью сг .р-- .ней и нем,- ногг материала, диаглетр с if. елпляетс из условия обеспеч-эи /т соРсгаонных частот экрана, менычих астст всмгиущ .1цих сил по формуле

1 d 2 ,

f:

r,; d - зиамеф стержня;

f - частота вибровозмущающих сил;

п - высота полюса;

ГИ масса экрана;

I - количество стержней; С - модуль Юнга материала стержней.

2 Мпшина по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я геи, -. О цииндрическнй экран выполнен составным из пласшн,

3. Машина постоянного тока по пп.1 и 2. (.уличающаяся тем, что зкран имеет продольные ребра, расположенные в меж- дупо.носном пространстве, и поперечные короткозамыкэющие кольца на торцах экрана, выполненные из материала с высокой электропроводностью, например ис меди.

4. Машина по пп. 1-3, отличающаяся тем, что стержни размещены в междуполюсном пространстве в зоне торцов экрана.

Изобретение относится к электромашиностроению. Цель изобретения - повышение надежности машины за счет снижения вибраций. В воздушном зазоре между зубчатым якорем 3 и полюсами 2 электрической машины расположен экран 5 из материала с высокой электропроводностью. Экран 5 крепится к станине с помощью стержней 6 из немагнитного металла, размещенных между главными полюсами. Размеры и количество стержней выбраны из условия, что собственные частоты закрепленного экрана ниже частот возмущающих сил. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Фиг. 2