Электромеханический преобразователь бесконтактного тахогенератора постоянного тока Советский патент 1992 года по МПК H02K21/00 

Изобретение относится к электромеханическому преобразователю для бесконтактного тахогенератора постоянного тока, в котором уменьшена пульсация формы выходного напряжения, вызываемая зубцовы- ми гармониками.

Известен электромеханический преобразователь для бесконтактного тахогенератора, в качестве которого используется синхронная машина, содержащая ротор в виде четырехполюсного магнита и статор, в расточке которого с зазором относительно него установлен ротор, причем в статоре равномерно распределенных по окружности расточки пазах размещена многофазная обмотка из секций в виде катушек. Машина отличается тем, что на статоре выполнены тридцать три паза, каждая фаза обмотки содержит четыре соединенные последовательно секции, а шаг катушки равен восьми пазам.

Недостаток известного устройства заключается в следующем. Снижение зубцовых пульсаций происходит путем последовательного соединения четырех кагушек, у которых фаза э.д.с. сдвинута на четверть зубцово-пазового шага; вследствие этого требуется относительно много (33/4 8,25) пазов на полюс, что увеличивает массогаба- риты машины, так как зубец и пап имеют определенные допустимо малые размеры.

Известна синхронная машина, которую возможно использовать в качестве электромеханического преобразователя тахогенератора, содержащая ротор в виде многополюсного магн йта, установленный в статоре с равномерно ё 1пЬлне Нными пазами, в которых размещена многофазная обмотка из секций в виде катушек, причем или пазы в статоре итплтолюса ротора выполнены скошенными.

Недостаток известного устройства заключается в следующем. Как известно из литературы, когда, например, ротор изготовляется с косыми полюсами для уменьшения зубцовых пульсаций, то при увеличении

сл

С

vj

Os

VI

Qs

со

угла скоса этих полюсов наряду с подавлением высших (зубцовых) гармоник снижается амплитуда основной гармоники э.д.с, и выходная мощность тахогенератора, для которого используется синхронная машина. Необходимость поддержания должных величин напряжения и мощности ограничивает возможности уменьшения зубцовых пульсаций, тсГесть уменьшает точность известного устройства.

Цель изобретения - повышение точности тахогенератора путем уменьшения пульсаций выходного напряжения при сохранении его уровня.

Поставленная цель достигается тем, что в предложенном электромаханическом преобразователе бесконтактного тахогенератора постоянного тока, содержащем статор, выполненный из отдельных пластин магни- томягкого материала с пазами и зубцами, с многофазной обмоткой, ротор в виде многополюсного постоянного магнита, в таком электромеханическом преобразователе статор выполнен из двух пакетов, высота спинки которых выполнена меньшей высоты зубца, а один из пакетов выполнен с диэлектрическими промежутками между пластинами.

На фиг. 1 представлен разрез предложенного электромехнического преобразователя поперек оси, на фиг 2 - разрез вдоль оси электромеханического преобразователя в области пакета магнитопровода с диэлектрическими промежутками; на фиг. 3 а - вид осциллограммы э д.с в одной фазе обмотки статора, полученной на экспериментальной обмотке, охватывающей лишь пакет без диэлектрических промежутков, б - вид осциллограммы э.д.с., полученной на экспериментальной обмотке, охватывающей лишь пакет с диэлектрическими промежутками, в - вид осциллограммы э.д.с., полученной в одной фазе обмотки предложенного тахогенератора, охватывающей оба упомянутые пакета магнитопровода; на фиг 4-схема замещения элемента магнитной цепи в пакете с диэлектрическими промежутками.

Осциллограммы представлены за половину периода, во второй половине периода полярность э.д с. изменяется.

Устройство электромеханического преобразователя бесконтактного тахогенератора постоянного тока выполнено следующим образом.

Статор 2 выполнен из отдельных пластин магнитомягкого материала с пазами и зубцами (фиг 1) Он содержит два пакета одинакового диаметра с разной осевой длиной, плотно прижатых торцами друг к другу,

Пазов в статоре 24 (по три паза на полюс), пазы обоих пакетов совмещены. В обоих пакетах высота спинки выполнена меньшей высоты зубца в пять раз. Во втором пакете

(фиг, 2) на уровне высоты спинки между пластинами 4 установлены диэлектрические прокладки 5 толщиной, равной толщине пластин, В пазах статора размещена шести- фазная обмотка 3 из секций в виде катушек

0 общая для обоих пакетов; в каждом пазу размещены стороны двух катушек, в одной фазе соединены последовательно четыре катушки. Ротор выполнен в виде многополюсного постоянного магнита с восьмью по5 люсами 1. Восемь полюсов выбрано по условиям конструирования бесконтактного двигателя постоянного тока в комглекте с которым использовался бесконтактный та- хогенератор с предложенным электромеха0 ническим преобразователем Ротор установлен с зазором в расточке статора 2. Предложенный электромеханический преобразователь работает следующим образом. Экспериментально подтверждено

5 известное явление1 в катушке обмотки пакета статора без диэлектрических прокладок при прохождении данного полюса ротора (фиг 1) в области зубца возникает увеличенная индуктированная э.д.с вращения, а при

0 прохождении вобласти паза-уменьшенная э.д,с (фиг. 3 а).

Экспериментально обнаружено новое явление: в катушке обмотки пакета статора с диэлектрическими прокладками при про5 хождении данного полюса ротора (фиг 1) в области зубца возникает, наоборот, уменьшенная индуктированная э.д с вращения, а при прохождении в области паза - увеличенная э.д.с. (фиг. 3 б), Так как предложен0 ный электромеханический преобразователь имеет статор с двумя типами упомянутых пакетов с общей обмоткой, то в каждой катушке обмотки статора уменьшаются суммарные высокочастотные зубцовые

5 пульсации э.д.с. (фиг. 3 в).

Оба явления можно объяснить теоретически и подтвердить расчетами Форма э.д.с. зависит от распределения магнитной индукции в воздушном зазоре Форма ин0 дукции над полюсом ротора в области пакета без диэлектрических промежутков без учета зубцовых пульсаций трапецеидальная за счет насыщения магнитопровода (в основном спинки статора) и за счет конструк5 ции ротора (фиг. 1). Наличие же зубцов в статоре приводит к неравномерному распределению индукции даже на протяжении одного плюса ротора и, следовательно, к возможным пульсациям э.д.с Характер и величина этих пульсаций зависят от магнитных сопротивлений участков магнитопрово- да и их соотношений.

Рассмотрим, почему осциллограмма э.д.с., полученная на экспериментальной обмотке, охватывающей пакет магнитопро- вода без диэлектрических промежутков, имеет вид, показанный на фиг. 3 а, а именно, в центре впадины, а по сторонам от нее две одинаковые выпуклости. Магнитный поток ротора в своей центральной части вызывает насыщение материала статора без диэлектрических промежутков. В статоре приходится три зубцовых деления на полюс. Если приблизительно считать ширину зубца и паза одинаковыми, то зубец или паз каждый занимает 30° полюсного деления, на который приходится 180°. В центральной части магнитного потока, который насыщает статор, может находиться, например, в центре паз, а по бокам по одному зубцу (фиг. 1). Назовем это положением 1. Кроме того, может быть положение 2, в центре зубец, а по краям два паза. При положении 1 на пути той части потока, которая вызывает насыщение материала статора, только один раз, поэтому магнитное сопротивление меньше, чем в положении 2, общий поток больше, чем в положении 2. При этом в положении 1 поток, входящий в паз, меньше потока, входящего в зубцы рядом с ним. При положении 2 на пути основной части потока, который вызывает насыщение материала статора, находятся два паза, поэтому общее сопротивление всему потоку будет больше, чем в положении 1. При этом также напротив зубца магнитная индукция больше, чем индукция напротив 2-х пазов по обе стороны зубца. Если наибольшее значение индукции в положении 2 меньше, чем индукция, соответствующая нижней точке впадины э.д.с. в положении 1, то общая картина э.д.с имеет вид, соответствующий осциллограмме а на фиг. 3.

Теперь рассмотрим вопрос, почему осциллограмма э.д.с., полученная на экспериментальной обмотке, охватывающей пакет с диэлектрическими промежутками, имеет вид, показанный на фиг, 3 б. Можно предположить, что магнитный поток ротора совершенно не заходит в пластины статора из-за сильного насыщения спинки и, следовательно, большого магнитного сопротивления. Поэтому такой поток синусоидален. Величину этого потока можно выбрать так, что он в зоне своего максимального значения создает выпуклость. На фиг. 3 б представлена э.д.с. в обмотке, охватывающей пакет с диэлектрическими промежутками; на кривой кроме общей выпуклости еще заметна центральная узкая выпуклость, Эту

дополнительную узкую выпуклость можно объяснить тем, что в области паза получается большая магнитная индукция, чем в области зубца. Это действительно может иметь

место, когда удельное магнитное сопротивление пластин в пакете с диэлектрическими промежутками равно или более 0,6 от удельного магнитного сопротивления воздуха (или диэлектрической прокладки).

Упомянутое новое явление в предложенном устройстве объясняется следующим образом. На фиг. 4 для пакета с диэлектрическими прокладками дана схема замещения элемента магнитной цепи, состоящая из магнитных сопротивлений, который встречают магнитные потоки в одной пластине и в прилегающей плоскости, где находится кольцевая диэлектрическая прокладка.

На фиг. 4 следующие обозначения: FM - магнитодвижущая сила; Ri, Ra, Rs, R4 - магнитные сопротивления воздушного зазора между ротором и статором соответственно под зубцом пластины, под пазом той же

пластины, рядом с зубцом той же пластины и рядом с пазом той же пластины в диэлектрическом промежутке между пластинами; RS - магнитное сопротивление зубца; Re - магнитное сопротивление паза; Р -магнитное сопротивление потоку, проходящему рядом с зубцом в диэлектрическом промежутке и входящему в этот зубец; Re - магнитное сопротивление потоку, проходящему в диэлектрическом промежутке рядом с пазом; Rg - магнитное сопротивление потоку, выходящему из диэлектрического промежутка рядом с пазом и входящему в спинку пластины статора через кромку диэлектрической кольцевой прокладки; Rio- магнитное сопротивление в спинке пластины статора, возникающее для суммарного магнитного потока, выходящего из зубца, из паза и из прилегающего к ним диэлектрического промежутка.

Рассматривались следующие упрощающие соотношения конструктивных величин: h - высота зубца и паза; b - ширина зубца и паза; а - толщина пластины статора и диэлектрической прокладки; д - величина воздушного зазора между ротором и статором; брались соотношения 6 /h 0,1 (первый вариант) или 0,2 (второй вариант).

Предполагалось, что из-за сильного на- сыщения спинки статора (за счет уменьшения ее высоты по сравнению с высотой зубца) и относительно большой длины магнитного пути сопротивление Rio спинки пластины статора имеет наибольшую величину

и приблизительной определяет общий магнитный поток Ф в схеме по фиг. 4:

Ф Ям/Ню Ф15 + Ф37 + Ф26 + Ф48,

где ФТБ - магнитный поток через сопротивления RI и 0,5Rs (до подсоединения сопротивления Ry);

Фз - магнитный поток через сопротивления Ra и R (оба в воздухе);

Ф26 - магнитный поток через сопротивления R2 и Re (оба в воздухе);

Ф48 - магнитный поток через сопротивления R4, Re и Rg (все в воздухе).

Магнитные потоки ФЧБ и Фз, проходя через свои параллельные ветви магнитных сопротивлений, создают падение магнитного потенциала, которое обозначим A FM1. Из соответствующих уравнений определяется соотношение магнитных потоков:

Ф37/Ф 15 37.

Магнитный пбток Ф26, проходя через свою ветвь магнитных сопротивлений, создает падение магнитного потенциала AFM2, которое также можно выразить через потоки Фчз, Фз7 и магнитные сопротивления на их пути Из соответствующих уравнений определяется соотношение.

Ф26/Ф15 26.

Магнитный поток Фаз, проходя через свою ветвь магнитных сопротивлений, со- здает падение магнитного потенциала А Рмз, которое также можно выразить через магнитные потоки Ф-is, Фз7, Ф26 и магнитные сопротивления на их пути. Из соответствующих уравнений определяем соотношение:

Ф48/Ф .

Тип зубцовой пульсации э.д.с., индукти- рованной в проводниках катушки статора, характеризует отношение передних значений магнитных индукций в пространствах, где проходят магнитные потоки Ф26 и ФАЗ (паз и диэлектрический промежуток рядом с ним) к средним значениям магнитных индукций в пространствах, где проходят магнитные потоки ФЧБ и Фз (зубец и диэлектрический промежуток рядом с ним)

1 (Ф26 + Ф48)/(Ф15 + Ф37) (yiL6 + + Г48) /(1 + ysi).

Когда отношение 5 /h выбиралось по первому или второму варианту, а среднее значение удельного магнитного сопротивления пластины РМС (в области магнитных

ПОТОКОВ Ф15, Ф15 + Ф37 И Ф15 + Ф37 + Ф2б)

выбиралось равным 0,5 от удельного магнитного сопротивления воздуха (диэлектрической прокладки), то упомянутое соотношение было равным, соответственно 0,945 или 0,958, то есть имел место известный тип зубцовых пульсаций э.д.с. Если же среднее значение удельного магнитного сопротивления пластины рмс выбиралось равным 0,6 от удельного магнитного сопротивления воздуха (при этом отношение d/h бралось по первому варианту), то соотношение Я было 1,109, то есть имел место упомянутый новый тип зубцовых пульсаций э.д.с., когда фаза пульсаций изменялась на 180°.

Формула изобретения Электромеханический преобразователь бесконтактного тахогенератора постоянного тока, содержащий статор, выполненный из отдельных пластин магни- томягкого материала с пазами и зубцами, с многофазной обмоткой, ритор в виде многополюсного постоянного магнита, отличающийся тем, что, с целью повышения точности тахогенератора путем уменьшения пульсаций выходного напряжения при сохранении его уровня, статор выполнен из двух пакетов, высота спинки которых выполнена меньшей высоты зубца, а один из пакетов выполнен с диэлектрическими промежутками между пластинами

4

U

Использование: бесконтактные тахоге- нераторы постоянного тока. Сущность изобретения: устройство содержит ротор с постоянными магнитами, статор с равномерно выполненными пазами, в которых размещена многофазная обмотка из секций в виде катушек, причем статор выполнен из двух пакетов стали, в одном из них листы разделены изоляционными прокладками, и конструктивные размеры этого пакета выбирают такими, что удельное магнитное сопротивление стали в этом пакете равно 0,6-0,95 от удельного магнитного сопротивления воздуха. Компенсация зубцовых пульсаций достигается путем сложения противофазных зубцовых гармоник в общей для обоих пакетов обмотке. 4 ил.

Фиг.1

бремя Шиг 5

Фиг. 2

Фиг.4