Многополюсная электрическая машина постоянного тока Советский патент 1991 года по МПК H02K23/26 

СЛ

С

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромашиностроению, и может быть использовано в моментных двигателях дисковой и цилиндрической конструкции инфранизких частот вращения Цель изобретения - расширение области применения, снижение трудоемкости изготовления и повышение надежности. Электрическая машина состоит из индуктора с 2 р полюсами, якоря с обмоткой из навитых спирально и равномерно расположенных по окружности секций. Коллекторные пластины соединены в группы токопроводящими перемычками с шагом, равным числу секций. Начало и конец секции подключают к группам коллекторных пластин, рассчитываемым по определенным формулам Такая конструкция обмотки обеспечивает более широкую область применения электрической машины. 2 ил.,3 табл

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в моментных двигателях дисковой и цилиндрической конструкции инфранизких частот вращения.

Цель изобретения - расширение области применения, снижение трудоемкости изготовления и повышение надежности.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема многополюсной электрической машины постоянного тока с р 14 и S 20 (d 2; m 7; q 10), на которой показано подсоединение части секций и токопроводящих перемычек к коллектору, а также расстановка d 2 пар разнополярных щеток (подсоединение остальных секций и токопроводящих перемычек к коллектору не показано); на фиг. 2 - электрическая схема машины (для удобства чтения схемы пластины коллектора входящие в одну группу и соединенные

одна с другой токопроводящими перемычками, размещены в одну строку, а секции якорной обмотки размещены не в действительном порядке их расположения на якоре, приведенном на фиг. 1, а в порядке подсоединения их начал к группам коллекторных пластин).

Электрическая машина состоит из индуктора с 2р 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, обозначенных номерами 1с-20с, при этом номера 1с-20с присвоены секциям 3 в порядке их расположения по окружности якоря 2. начиная с любой, произвольно взятой. Коллектор 4 состоит из К m- S - 140 пластин, которым присвоены номере 1к-140к, причем нумерация пластин приведена в поо

О О

о

рядке их расположения по окружности коллектора 4, начиная с произвольно взятой коллекторной пластины, при обходе в том же направлении, что и при нумерации секций 3 якоря 2 (фиг. 1 и 2). Токопроводящие перемычки 5 объединяют коллекторные пластины в S групп по m пластин в каждой, шаг перемычек по коллектору равен S, например, как показано на фиг. 1, токопрово- дящие перемычки 5 соединяют пластины 100ки120к(120-100 20 5), 120к и 140ки т.д. Щетки 6 и 7 машины подключены к то- косборным шинам 8 и 9. Обязательным для реализации предлагаемой машины является выполнение условия выбора чисел р и S таким образом, что они имеют общий делитель d, не равный единице, и не содержат других общих делителей.

С помощью токопроводящих перемычек 5 пластины коллектора 4 объединены в S 20 групп, которым присвоены номера v, определяемые по наименьшим номерам пластин, входящих в данную группу. Принадлежность пластины с номером J, например 59к, к v-й группе пластин устанавливается следующим образом:

1-1ЦО - 1

V 1 + SFr( J-g-i) - 1 + 20 - 19

и т.д.

Для рассматриваемой машины (фиг. 1 и 2) группы образуются пластинами 1к-140к коллектора 4, приведенными в табл. 1.

Секции 1с-20с обмотки якоря 2 подключены к коллектору 4 следующим образом. Начала секций 1с-20с с порядковыми номерами I 1, 2, 3,..., S 20 подключены к группам коллекторных пластин с номерами v. Например, начало секции с номером i 7 подключено к группе коллекторных пластин с номером

/: i v 1+q-lnt I1-- +

+

qKi+q-Fr(-l)

1 + 10 Int +

10-0 +Ю-

+ ГО0т 1+0 + ,

.

Кз принято равным 2, так как 2 является наименьшим числом, обеспечивающим условие, что у равен целому числу; Ki принято равным нулю, что обеспечивает выполнение

условия равенства выражения, заключенного в квадратные скобки, наименьшему целому положительному числу: начало секции с номером 1 16 подключено к группе коллекторных пластин с номером

+ 10-lnt () +

15

10 1 + 10 Fr

16-1 10

1+10 1+5 15,

где Ki принято равным 1, так как 1 является наименьшим числом, обеспечивающим выполнение условия, что число в квадратных скобках равно целому числу, и т.д.

Концы секций 1с-20с с порядковыми

номерами 1 1,2,3S 20 подключены

к группам коллекторных пластин с номерами v . Например, для рассмотренных примеров конец секции с номером I 7 подключен к группе коллекторных пластин

с номером

V 1 + S Fr

V + q-2

1+20x

35

xFr(3±

10-2 « , о/, pr (11 -10

2Q--1+20-Fry-12,

а конец с номером 1 13 подключен к группе коллекторных пластин с номером

1+20Frp) 1 +20-Fr ||

и т.д.

В табл. 2 приведен порядок подсоединения секций 3 с номерами i(1c-20c) к группам коллекторных пластин и величины числа К, при которых определены номера групп

На фиг. 1 и 2 показаны электрические схемы предлагаемой машины для случая, когда в них установлено d 2 пар разнопо- лярных щеток б и 7. что обеспечивает нормальное функционирование машины.

Необходимость установки дополнительных щеток (сверх d пар) 2d пар, 3d пар и т.д определяется, исходя из условия обеспечения заданной плотности тока под щетками, а также повышения надежности ще- точно-коллекторного узла и машины в целом путем резервирования щеток 7 и 8.

При подаче напряжения на токосбор- ные шины 8 и 9 машины ток протекает по следующей цепи: токосборная шина 8, щетки 6, пластины коллектора 121к, 131к, входящие в 1 и 11 группы пластин, четыре параллельные ветви обмотки якоря (2а 2d 4), первая из которых состоит из секций с номером j 1с, 8с, 15с, 2с, 19с, вторая - из секций 14с, 7с, 20с, Зс, 16с, третья - из секций 11с, 18с, 5с, 12с, 9с, четвертая - из секций 4с, 17с, 10с, 13с, 6с; коллекторные пластины 12бк, 136к, входящие в 6 и 16 группы пластин, щетки 7, токосборная шина 9. Ток проходящий по параллельным ветвям обмотки якоря, взаимодействует с магнитным потоком полюсов 1 индуктора, в результате чего под действием электромагнитного момента якорь 2 приходит во вращение.(При повороте якоря 2 в направлении, показанном на фиг. 1 стрелкой, структура параллельных ветвей изме- няется. Например, при повороте якоря на

1 2л

угол - - щетки 6 закоротят секции

4 m S

1с и 11с, а щетки 7 - секции 6с и 16с, т.е. указанные секции войдут в режим коммута- ции.

При повороте якоря 2 ка одно коллекторное деление секция 1с перейдет из первой параллельной ветви зо вторую, секция 16с - из второй Б третью, 11 с - из третьей в четвертую, а секция 6с - из четвертой в первую.

В результате параллельные зетви будут состоять из секций: первая-8с, 15с, 2с, 19с, 6с; вторая - 1с, 14с, 7с,20с,3с; третья-18с, 5с, 12с, 9с, 16с; четвертая - 11с, 4с, 17с, 10с, 13с. В дальнейшем указанный процесс циклически повторяется и каждая из секций за один оборот якоря совершает 2р коммутаций.

В предлагаемой конструкции машины схема соединения секций с группами коллекторных пластин и наличие перемычек по коллектору, выполненных с шагом S, обеспечивает при вращении якоря в магнитном поле полюсов на пластинах коллектора возникновение стоячей волны электрического потенциала с периодом в 1/р-ю часть окружности коллектора.

Если принять, что потенциал группы коллекторных пластин определяется фазовым фактором углового положения 1-й секции , равным

2 п ,, 2л ,. ,. р, р(| ) . m (,)

оЧ

то фазовые факторы групп коллекторных пластин будут определяться величинами, приведенными в табл. 3.

Как следует из табл. 3, потенциал на S рядом расположенных коллекторных пластинах распределен по гармоническому закону и содержит d 2, а всего по коллектору размещено d m p волн потенциала.

Предлагаемая конструкция многополю- ной электрической машины имеет более широкую область применения, так как позволяет выполнить обмотку якоря с числом параллельных ветвей 2а 2d, что в свою очередь позволяет согласовать внутренние параметры машины с параметрами источника питания (напряжение, ток и т.д.) при уменьшенном в d раз числе коллекторных пластин. Последнее упрощает конструкцию машин и повышает ее надежность. Кроме того, расширяется диапазон чисел S, так как второй делител ь числа S число q может быть как четным, так и нечетным числом, чем достигается наиболее рациональное использование активных материалов путем формирования требуемых геометрических соотношений размеров секций, а следовательно, получение наилучших обмоточных коэффициентов.

Формула изобретения

Многополюсная электрическая машина постоянного тока с 2р 2 тп d полюсами чередующейся полярности, якорь с замкнутой обмоткой, состоящей из S d -q секций, и коллектор с пластинами, соединенными между собой в группы токопроводящими перемычками, выполненными с шагом, равным числу секций S d .отличающаяся тем, что. с целью расширения области использования, начало секций с номером i подключено к группе коллекторных пластин с номером v

.|nt( + .

а конец этой секции подключен к группе коллекторных пластин с номером

50

55

1+SFrfc±fl

где 1 1.2, 3.,,; S d -q - номера секций обмотки якоря в порядке их расположения

по расточке якоря, начиная с произвольно

взятой; v и V 1, 2, 3,...; S - номера групп коллекторных пластин j( v), входящих в данную группу

J(v)1+SFr(PV о

где j 1, 2, 3,...; К S m - номера пластин коллектора, общее число которых равно К S -m, в порядке их расположения по расточке коллектора при обходе в том же направлении, что и при нумерации секций обмотки якоря; d - число, не равное единице и являюПримечание. Буквенные индексы к у номеров коллекторных пластин опущены.

щееся общим делителем чисел S d q и р- m d, где q 2, 2, 4; m - 3, 4, 5 и d & q;

У

qK2±1

m

10

15

где Ki и Ка - целые положительные числа, включая нуль, обеспечивающие выполнение условия, что числа у и v равны наименьшим целым положительным числам;

Fr - оператор выделения дробной части смешанной дроби;

Int - оператор выделения целой части смешанной дроби.

Т а б л и ц а 1

Таблица2

Примечание. Буквенные индексы с у номеров секций опущены.

ТаблицаЗ

Продолжение тэбл 2

Фиг /

гА Д,