Коллекторная электрическая машина постоянного тока с компенсацией реакции якоря Советский патент 1992 года по МПК H02K23/00 

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть применено в производстве коллекторных -электрических машин постоянного тока, в приводах прокатных станов и шагающих экскаваторов и других механизмах, преимущественно в электродвигателях локомотивов.

Известна электрическая машина, выбранная в качестве прототипа, содержащая неподвижный индуктор, щеточно-контакт- ный аппарат и вращающийся якорь с валом, снабженный обмоткой, коллектором и рядом подшипников.

Недостатком известной конструкции является то, что коммутационный процесс протекает в сложных условиях, а для уравновешивания реактивной ЭДС (ег) якоря коммутирующая ЭДС (ek) создается добавочными полюсами. Известно также, что реактивное поле якоря, имеющее ступенчатый характер, по своим форме и величине не совпадает с коммутирующим полем добавочных полюсов. При перегрузках и переходных процессах коммутирующая ЭДС добавочных полюсов перестает уравновешивать реактивную ЭДС и безыскровая работа электрических машин является невозможной. Все это ограничивает повышение мощности и снижает надежность машин.

Кроме того, потенциальные условия на коллекторе из-за большой величины реакции якоря значительно увеличивают межла- мельное напряжение как в стационарных, так и переходных режимах, Применяемый для снижения реакции якоря эксцентричный зазор между якорем и наконечником сердечника главного полюса недостаточно улучшает потенциальные условия коллектора и, кроме того, конструкция сердечника сложна в изготовлении. Эти недостатки увеличивают число возможных случаев аварии (перебросы, интенсивное искрение и круговые огни на коллекторе и т.д.) и вызывают преждевременный выход из строя электрических машин.

Цель изобретения - повышение мощности, надежности и экономия материалов. Его использование позволит улучшить технико-экономические показатели машины, а именно:

vl О

0 N

-расширить площадь рабочей поверхности якоря в 1,5-2 раза, повысив соответственно мощность и вращающий момент;

-повысить надежность в работе машины в связи с полной компенсацией поперечной реакции якоря и реактивной ЭДС коммутирующих секций;

-уменьшить расход материалов. Указанная цель достигается тем, что

коллекторная электрическая машина постоянного тока с компенсацией реакции якоря, содержащая неподвижный индуктор, ще- точно-контактный аппарат и вращающийся якорь с валом, снабженный обмоткой, коллектором и рядом подшипников, снабжена дополнительным щеточно-контактиым аппаратом, полым вращающимся якорем с собственным валом, сердечником с обмоткой, коллектором и вторым рядом подшипников, причем сердечник полого якоря выполнен из отдельных секторов с радиальными зазорами между секторами и расположен между якорем и индуктором, а обмотки якорей соединены встречно и последовательно.

На фиг. 1 изображен продольный вид электрической машины; на фиг. 2 - поперечный вид и магнитная цепь электрической машины; на фиг. 3 - расположение сегментированных листов по окружности якоря и направление магнитных силовых лини й главных полюсов; на фиг, 4 - соединение передней лобовой части обмотки полого сердечника с коллектором (показан только зубцовый слой с обмоткой передней лобовой части).

Коллекторная олектрическая машина постоянного тока с компенсацией реакции якоря содержит индуктор 1, имеющий круглую или граненную форму (на фиг. приведена граненая форма), на котором крепятся катушки 2 и массивные сердечники 3 главных полюсов (которые необязательно собирать из отдельных тонких листов, так как под сердечниками нет зубцового слоя. Возможен также вариант отливки индуктора совместно с сердечниками главных полюсов). Якорь 4 состоит из полого сердечника, который собирается сегментированными листами из холоднокатаной текстурованной электротехнической стали с увеличенной магнитной проводимостью в продольном и уменьшенной в поперечном направлениях к прокату стали со сдвигом по окружности. Между стыками листов имеются зазоры а для непроникновения магнитного потока в поперечном направлении полого сердечника, как это показано пунктиром на фиг. 3. Собранные листы сердечника скрепляются немагнитными стальными стяжками посредством нажимных шайб. При такой конструкции сердечника (зазоры между стыками листов, немагнитные стяжки, сегментированные листы из холоднокатаной текстурированной электротехнической стали, наименьшая высота h ярма полого сердечника) магнитный поток от главных полюсов не будет пронизывать сердечник в поперечном направлении, как это показано

0 пунктирными линиями на фиг. 3, а будет пронизывать в продольном направлении, как это показано сплошными линиями на фиг. 2 и 3. Передняя нажимная шайба служит также обмоткодержателем обмотки в

5 передней лобовой части.

Соединение концов секций этой обмотки с петушками коллектора осуществляется следующим образом. Стороны якорных катушек при выходе за торец железа полого

0 сердечника по несколько штук (на фиг. 4 по три шт.), сдвинуты друг к другу по окружности и пропущены через сквозное отверстие нажимной шайбы (см. фиг. 1 и фиг. 4). Далее концы этих секций соединяются с петушка5 ми коллектора в обычном порядке. При этом длина вылета передней лобовой части увеличивается по сравнению с аналогичными вылетами в обычных машинах. На выступ нажимной шайбы напрессован коллектор и

0 вал. Якорь 4 опирается на роликовые подшипники, установленные в подшипниковых щитах. Второй якорь состоит из полого вала, на котором смонтирован сердечник с обмоткой, нажимной шайбы и коллектора. Полый

5 вал якоря выполняется составным, состоящим из средней цилиндрической части и прикрепленной к ней болтами боковины. Якорь 4 опирается на роликовые подшипники (наружное кольцо роликового подшип0 ника вмонтировано во внутреннюю полость цилиндра), установленные с передней стороны (со стороны коллектора) в подшипниковом щите, а против коллектора на выступе вала.

5 Воздушный зазор 3 между якорями и якорем и главными полюсами выбирается такой минимальной величины, чтобы она удовлетворяла условиям надежной работы механической части двигателя (жесткость

0 вала). Величина воздушного зазора принимается порядка 2-3 мм.

Формула изобретения Коллекторная электрическая машина постоянного тока с компенсацией реакции

5 якоря, содержащая неподвижный индуктор, щеточно-контактный аппарат и вращающийся якорь с валом, снабженный обмоткой, коллектором и рядом подшипников, отличающаяся тем, что, с целью повышения мощности, надежности и экономии материалов, она снабжена дополнительным щеточно-контэктным аппаратом, полым вращающимся якорем с собственным валом, сердечником с обмоткой, коллектором и вторым рядом подшипников, причем сердечник полого якоря выполнен из отдельных секторов с радиальными зазорами между секторами и расположен между якорем и индуктором, а обмотки якорей соединены встречно и последовательно.

Использование: коллекторные электрические машины постоянного тока. Сущность изобретения: машина содержит неподвижный индуктор, размещенный внутри индуктора полый вращающийся якорь и размещенный внутри него второй вращающийся якорь. Сердечник полого якоря выполнен из отдельных секторов с радиальными зазорами между секторами. Обмотки якорей соединены встречно и последовательно для встречного направления вращения якорей. 3 ил.

а

4r-i

strs

)ОО 0О®Ф6) 5Ф 00QOC

Мигатель N/Vi

#fc|- J

Фиг.1

Двигатель N

strs

6) 5Ф 00QOC

+ i-l44 У Ь О

2 5

д К

ФигЗ