Коллекторная электрическая машина Советский патент 1992 года по МПК H02K13/14 

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано при проектировании и изготовлении коллекторных электрических машин постоянного тока, а также коллекторных универсальных электродвигателей.

Известны коллекторные электрические машины, содержащие индуктор (явно- и не- явнополюсный), зубчатый якорь, в пазах которого с целью улучшения коммутации уложена ступенчатая обмотка, состоящая из - секций (1). Указанная обмотка обеспечивает магнитную связь не только между секциями одного паза, но и между секциями, находящимися в соседних пазах. Благодаря этому осуществляется переброс запасенной электромагнитной энергии в размыкаемых щеткой секциях непосредственно в еще коммутируемые, вследствие чего уменьшается искрение щеток.

Однако известная ступенчатая обмотка из-за высокой трудоемкости применяется лишь в крупных машинах, где она выполнена в виде жестких одновитковых секций, намотанных прямоугольным проводом.

Известна коллекторная электрическая машина, содержащая индуктор и зубчатый якорь, в пазах которого уложены многовит- ковые секции якорной обмотки, состоящие из двух подсекций (2).Подсекцией называется несколько витков секции, уложенных в одни и те же пазы. С целью улучшения коммутации обе подсекции каждой секции паза имеют отличный друг от друга первый частичный шаг, причем две одноименные активные стороны обеих подсекций уложены в одном и том же пазу. Благодаря более тесной магнитной связи между секциями, расположенными в соседних пазах, коммутация известной коллекторной электрической машины улучшается.

Однако с ростом электромагнитных нагрузок во вновь проектируемых электриче- скиих машинах количество их коммутации недостаточно, из-за чего увеличивается интенсивность искрения щеток, снижается срок службы коллектора и щеток.

Наиболее близка к предлагаемой электрическая машина, содержащая индуктор, зубчатый якорь, в пазах которого уложены

СО

с

XI

о VJ

ON CJ

О

многовитковые секции якорной обмотки, состоящие из двух подсекций, имеющих одинаковый первый частичный шаг и сдви- нутых друг относительно друга по окружности якоря на одно зубцовое деление 3.

Реально изготовленный образец прототипа показал увеличение коммутационной надежности за счет расширения своей области безыскровой работы (ОБР). Однако экспериментально отмечено, чтр искрить в первую очередь начинает не последняя, а предпоследняя секция каждого паза, тем самым предпоследние секции в пазах определяют коммутационную надежность машины и не позволяют значительно расширить ее ОБР. Объясняется это в известной машине малостью коэффициента магнитной связи предпоследней секции паза с последней, по сравнению с аналогичным коэффициентом магнитной связи последней (крайней) секции паза и секциями другого паза

Цель изобретения - повышение надежности и улучшение коммутации известной коллекторной электрической машины путем выравнивания магнитной связи между соседними секциями якорной обмотки

Поставленная цель достигается тем, что в коллекторной электрической машине, содержащей индуктор и зубчатый якорь, в пазах которого уложена якорная обмотка, состоящая из многовитковых секций, выполненных из двух подсекций с одинаковы- ми первыми частичными шагами и сдвинутых по окружности якоря друг относительно друга на одно зубцовое деление, согласно изобретению число витков первых подсекций с увеличением номера секции в пределах каждого паза выполнено ступенчато уменьшающимся а число витков вторых подсекций - ступенчато увеличивающимся.

Для каждой секции паза путем варьирования соотношения витков в первой и второй подсекциях можно изменять коэффициент магнитной связи между соседними секциями. Таким образом, для каждой секции паза, подбирая упомянутое соотношение витков в подсекциях, можно добиться равенства коэффициентов магнитной связи между любыми соседними секциями, а также равенства результирующих индуктивностей всех секций обмотки

На чертеже показан элемент схемы якорной обмотки предлагаемой коллекторной электрической машины.

В пазах К и N размещены первые подсекции 1 , 2 и 3 , каждая из которых имеет отличающееся друг от друга число витков, например многовитковых секций, в то время как вторые подсекции 1,2 и 3 этих секций

уложены в соседних пазах К + 1vn N + 1. Первые подсекции в порядке возрастания порядковых номеров секций в пазу имеют

числа витков, например,

То

- We 4 Cl 4

Т We,

а вторые - - Wc, -|- Wc и -|Wc

5

соответственно, где Wc - число витков секции. Если, например, каждая из трех секций

0 каждого паза имеет восемь витков, то в пазах К и N уложены шесть витков первой секции (это первая подсекция первой секции), четыре витка - второй (первая подсекция второй секции) и две витка - третьей, а

5 в пазах К + 1 и N + 1 уложены два витка первой секции, четыре витка - второй и шесть витков - третьей. Далее в пазах К + 1 и N + 1 уложены, кроме того, три первые подсекции 4-й, 5-й и 6-й секций (на чертеже

0 не показаны), состоящие из шести, четырех и двух витков соответственно, и т.д.

На чертеже в целях упрощения понимания схемы якорной обмотки каждая из под- 5 секций показана одновитковой, фактически же все они в общем случае являются много- витковыми.

При работе предлагаемой машины под нагрузкой в момент окончания процесса 0 коммутации каждой секции паза обеспечивается за счет полной ее магнитной связи с другими, еще замкнутыми щеткой, секциями, бескровное ее размыкание.

Наибольшая эффективность улучшения 5 коммутации электрической машины, имеющей в каждом пазу Un секций из Wc витков, достигается, если первые подсекции этих

Un

секции имеют числа витков

0 Un-1

Un+1

вторые Un

Wc,

Un-2 Un+1

We

Un+1

1

Wc,

1

We,

Un + 1

2

Wc, a

We,

Un+1 Un+1

Wc соответственно. В этом случае

Un+1

расчетные значения коэффициентов магнитной связи между любыми соседними секциями находятся в пределах 0,7. .0,9 в то

Q время как в известной машине аналогичные коэффициенты составляют 0,3...0,9 Коэффициент магнитной связи К между любыми двумя секциями (например, и 2) определялся расчетным путем на основе

5 экспериментально измеренных значений индуктивности одной из них при разомкнутой и затем замкнутой другой.

LEL

LC1

1

где Lpi, - индуктивность первой секции при замкнутой накоротко и разомкнутой второй секции соответственно.

Коэффициент взаимного демпфирования, оценивающий коммутационные свойства обмоток, рассчитанный по методике (1) с использованием полученных значений коэффициентов магнитной связи, показал, что он имеет одинаковые значения для всех секций паза, и составляет 0,2. В известной машине этот коэффициент для каждой из трех секций паза равен 0,1; 0,3 и 0,6 соответственно. Максимальный коэффициент взаимного демпфирования, как известно, определяющий коммутационную надежность электрической машины, в описанной машине ниже в 3 раза по сравнению с известной. Тем самым в данной машине достигается коммутационная равнонап- равленность всех секций паза.

Коммутационные испытания реально изготовленного образца машины показали расширение ее ОБР за счет выравнивания магнитной связи между соседними секциями в 1,5-2 раза по сравнению с прототипом. Тем самым улучшилось качество коммутации, что в конечном итоге приведет к увеличению срока службы коллекторно-щеточного узла и уменьшению расходов на его содержание.

Формула изобретения Коллекторная электрическая машина, содержащая индуктор и зубчатый якорь, в

пазах которого уложены якорная обмотка, состоящая из многовитковых секций,выполненных из двух подсекций с одинаковыми первыми частичными шагами и сдвинутых по окружности якоря одна относительно

другой на одно зубцовое деление, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и улучшения коммутации путем выравнивания магнитной связи между соседними секциями якорной обмотки, число

витков первых подсекций с увеличением номера секции в пределах каждого паза выполнено ступенчато уменьшающимся, а число витков вторых подсекций - ступенчато увеличивающимся.

Использование: машины постоянного тока и коллекторных универсальных двигателей малой и средней мощности. Сущность изобретения: в якорной обмотке первая подсекция каждой последующей секции в пределах каждого паза выполнена с уменьшенным числом витков в сравнении с предыдущей по схеме обмотки, а ее подсекция - с увеличенным числом витков в сравнении с той же секцией. 1 ил.

1 23

/W/