Вращающийся трансформатор Советский патент 1980 года по МПК H02K24/00 

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим микромашинам типа вращающихся трансформаторов (ВТ) .

Известны многополюсные вращающиеся трансформаторы (ВТ), в которых за счет увеличения числа пар полюсов достигается усреднение технологических погрешностей изготовления магнитопровода, вследствие чего повышается точность ВТ 1. Однако при увеличении электрической редукции, т.е. числа пар по.гпосов одновременно ухудшаются электрические характеристики ВТ (уменьшается коэффициент трансформации, увеличивается сдвиг фазы выходного напряжения, выходное сопротивление, ухудшается стабильность коэффициента трансформации и фазы выходного напряжения при изменении температуры окружающей среды и частоты напряжения питания). Кроме того, при увеличении числа пар гто /тюсов усложняется технология изготовления ВТ.

Иэяестны также двухканальные ВТ, содержащие двухг:олюсные и многополюсные обмотки 2.

Их недостатком является ухудшение выходных параметров при увели-чении числа пар полюсов за счет уменьшения добротности точного канала,

Наиболее близким по технической

5 сущности и достигаемому результату к изобретению является многополюсный ВТ, содержащий сГатор электромашинного типа с многополюсной двухфазной обмоткой и ферромагнитный ро0 тор с обмоткой возбуждения типа

зубец-полюс. Число зубцов ротора такого ВТ должно быть в 2 раза больше числа пар полюсов 3 .

Однако вследствие конструктивно15 технологических ограничений размеров зубцов число зубцов ротора, а следовательно, число пар по.гаосов ВТ приходится уменынать при уменьшении габаритов ВТ. Это значит, что ВТ с

20 достаточно большой электрической редукцией невоз1« жно выполнить в ма, лых габаритах.

При увеличении числа пар полюсов обмотка ротора становится техноло25 гически сложной и малодобротной,

т.е. ее активное сопротивление существенно (в десятки раз) превышает индуктивное сопротивление взаимоиндукции . Следствием этого является

30 ухудшение электрических характеристик

ВТ (уменьшение коэффициента трансформации, увеличение сдвига фазы выходного напряжения, увеличение вьаходного сопротивления, ухудшение стабильности),

При малых размерах зубцов их изготовление становится затруднительным, так как весьма усложняется штам для вырубки пластин ротора. При этом также ухудшается и точность изготовления пластин и пакетов poTOpa что снижает т.очность ВТ.

Целью изобретения является упрощение конструкции ротора и повышение точности ВТ.

Это достигается тем, что в ВТ, содержащем статор электромашинного типа с многополюсной обмоткой и ферромагнитный ротор с обмоткой, зубцовая зона ротора содержит две аксиально смещенные части, между которыми установлена кольцевая обьютка, зубцы статора установлены со скосом относительно зубцов ротора, а число зубцов ротора равно числу полюсов обмотки статора.

Кроме того, на статоре и в пазах ротора ьгагут быть установлены двухполюсные обмотки.

На фиг. 1 и 2 изображен враздг1К1ЩИся трансформатор (ВТ), продольный и лоперечный разрезы соответственно на фиг, 3, 4 - первый вариант двухканального ВТ, продольный и поперечный разрезы, соответственно; на фиг. 5 и 6 - второй вариант двухканального ВТ, продольный и поперечны разрезы соответственно на фиг. 710 - варианты взаимного расположения зубцов статора и ротора.

Многополюсный ВТ (см.фиГв) содержит статор 1 электромашиньюго типа, в пазах которого находится Ioгoпoлюcнaя двухфазная обмотка 2

Зубцовая зона ротора ВТ разделена на две части 3 и 4, между которы ми размещена кольцевая обг«этка воз™ Суждения 5,

При исполнении ВТ в двухканально варианте fe пазах статора устанавливается двухполюсная обмотка 6, а в пазах ротора - двухполюсная обмотка 7 хрубого канала. Многополюсная обмотка 2 и обмотка возбуждения 5 образуют точный канал Обмотка 7 МСжет размещаться не во всех пазах, зубцы ротора -могут быть разбиты на группы, разделенные полузакрытыми: пазамц. 8, в которых и уложена двухфазная o6NK)TKa 7 грубого канала, а между частями зубцовой зоны поверх нее выполнена кольцевая обмотка 5 точного канала {см фиг«6),

На фиг. 7 изображена часть развертки зубцов ротора для случая, кода статор не имеет скоса пазов (зубцы статора показаны пунктирныMii линиями) . Зубцы 9 части 3 и зубцы 10 части 4 смещены в направлеНИИ вращения на угол f один относительно другого или относително статора.

На i|Mr 8 изображен случай, когда части зубцовой зоны ротора имеют «скос эубцов и смещены на угол f в направлении вращения. Поскольку в этом случае скос пазов статора также отсутствуетJ то сдвиг частей зубцовой зоны ротора-одна относительно другой равносилен их скосу отно€П1 гельно зубцов статора,

На фиг,, 9 изображен вариант,когда угловой сдвиг частей зубцовой зоны ротора получается за счет скоса пазов статора, которые показаны пунктиром. Хотя части зубцовой зоны ротора здесь не смещены одна относительно другой, результируюЕдай их скгс относительно статора на угол f тем не менее достигается.

На фиг,10 изображен вариант,когда скос частей зубцовой зоны ротора относительно зубцов статора в направлении вращения на разные углы достигнут как за счет скоса пазов статора, так и за счет сдвига частей зубцовой зоны ротора друг относительно друга.

ВТ ра5 5тает следующим образом-.

При пэдаче напряжения на кольцевую обмотку 5 ротора создается униполярный поток, причем поток Фд,проходящий через левую часть зубцовой зоны ротора в статор, и , поток Ф,, прожодяащй через правую часть зубцовой зоны ротора в статор, имеют встречное направление,

Магиитный поток каждого зубца статора при повороте ротора в первом приближении изменяется по закону

iloLt-if), Ф„- Фр- ф 31п1хА.,

где Ф - постоянная составляющая потока;

Ф, - амплитуда переменной составляющей потока; Z число зубцов, ротора,

Z р (р - число пар полюсов ВТ)

(i угол поворота ротора; f - разность угловых смещений левой и правой частей зуб цовой зоны ротора относительно статора в направления врашения ротора, Уч: тывая, что потоки Фд и Ф, направлены встречно, полный поток зубца, статора; сцепленный с лежащим на этом зубце кaтyшкa даf будет равен

.{.}-(2.d.- ,

. 2 l$,COS7. (1 МП .( 1)

Так как Z р, то результирующий магнитный поток, сцепленный с катушками, уложеннЕШи на зубце статора, изменяется пропорционально cosp{dL+- S

или, учитывая возможность компенса

ции угла -j- при начальной выставке

ВТ.в нулевое положение, пропорционально cos pd- Однако, точно тик же изменяется от угла поворота магнитный поток зубца статора классического многополюсного ВТ.

Следовательно, в выходных обмотках статора будут наводиться ЭДС, пропор|цяонапьныв sin роб и cos рсО т.е. 1предлагаеь«лй ВТ обеспечивает тре6уе муго функциональную зависимость выходного напряжения от угла поворота.

Угол на который отличается угловое положение одной части эубцовой зоны ротора относительно статора от углового положения второй части относительно статора как было пояснено на фиг. 7-10, получается или за счет взаимного сдвига частей, зубцовой зоны ротора или за счет скоса пазов статора или щги использовании обоих этих г етодов. Величина угла 1 выбираетсяр исходя из слег ующих соображений.

Наибольшая амплитуда выходного сигнала ВТ получается, очевидно, если в формуле (1) величина -f-z-i.

В этом случае - поэтому смещение зубцов левой и правой частей зубцовой зоны ротора составляет половину зубцового шага ротора,„jjПри смещении частей на угол Ч- из выходной ЭДС исключается гарьюника - по углу поворота. Т.е. для исключения гармоники следует вьшолнять сдвиг частей эубцовой зоны ротора на 1/3 зубцового шага ротор а, для исключения 5-й гармоники - на 1/5 шага и т.д.

I Пользуясь этим и учитывая спектр гармоник намагничивающей силы статорной обмотки, который зависит от схемы обмотки и числа зубцов статора, можно выбрать оптимальный сдвиг частей зубцовой зоны ротора.

Работа ВТ в двухканальном исполнении происходит следующим образом.

При подаче напряжения возбуждения на электромашинную обмотку 7 грубого канала ротора создается двухполюсное плоско-параллельное магнит™ нов поле, точно так же, как в обычны электрических машинах. Это ыагнит$ ое поле наводит в статорных обмотках б грубого канала ЭДС, которая изменя ется при повороте ротора на угол пропорционально sinct и cos oL-Поскольку магнитный поток грубого канала раз деляется двумя частями эубцовой зоны ротора на две равные части то ЭДС статорной б грубого канала в предложенном ВТ равна сумме двух ЭДС, сдвинутых на угол Ч . - угол слющенйя частей зубцовой зоны ротора относительно статора в направлении вращения. Таким образом, реэультирующее напряжение на выходе гтэубого канала пропорционально

(dL- - -25ivudLi-|:)со9 cosd- cos(d.+e)2cos oL-v|--)co, .

При подаче напряжения возбуждения на кольцевую обмотку 5 точного канала ротора создается униполярный тороидальный поток точного канала, состоящий из потоков Фд левой части и Фп правой Части зубцовой зоны ротора,

0 которые пересекают воздушный зазор в противоположных направлениях.

Магнитный поток точного канала, проходяйщй через каждый зубец статора, при повороте ротора изменяется

s в первом приближении по закону

.) п-Фо у.

0 Фд постоянная составляющая потока;

Ф

амплитуда переменной .составmляюшей потока;

- -число зубцов частей зубцоZвой зоны ротора, Z Р (

5 число пар полюсов точного канала);

Oi, - угол поворота ротора; If - разность угловых смещений частей зубцовой зоны ротора относительно статора в направлении вращения ротора, Так как потоки Фд и Ф направлены встречно, то полый поток зубца стат-ора, созданный униполярным потоком

5 точного канала, равен

Ф --Ф, Z()- sin2dL-J20,cosz(d..|)5iHf . .(3) Поскольку 2 Р, то магнитный поток

0

Ц

изменяется пропорционально cos( наводя в обмотке статора точного канала ЭДС, пропорциональные s-in р (, ) и-CQSp (oL- -t-).

Таким образом, напряжения на выходе грубого канала предлагаемого

ВТ пр.опорциональкы .Sin Щ. - ц cos( на выходе точного канала ВТ ,. „

.(d.i).

(cLb -J-j COSptL ---- 2;/- . .

Угол

МОжет быть скомпенсирован при началь-. ной .выст.авке ВТ в нулевое положение, апедовательновыходные напряжения предлагаемого ВТ в точности соот ветствуют напряжениям днухканального

5 ВТ.

Примененная на роторе кольцевая обмотка ,по сравнению с обмоткой зубец-полюс является конструктивно значительно более простой. Коль0цевую обмотку можно выполнять с помощью мaIШiHнoй намотки, а зубцы ротора нарезать на зуборезных станках, что повьЕиает технологичность конструкции и точность изготовления

5 ротора.

Выполнение ротора с числом зубьев равньш числу пар полюсов ВТ, т.е. а два раза меньшим, чем.у известных В, позволяет увеличить электрическую редукцию при .одном и том же числе зубцов ротора в два раза по . сравнению с прототипом. Кроме того, кбльцевая обмотка ротора, примеН0нная в предлагаемом ВТ,, имеет бфлее высокую добротность, чем обмотk|i зубец-полюс, в результате чего обеспечивается улучшение электрических характеристик ВТ.

; Расположение обмоток ротора точнЬго и грубого каналов в разных пазах, независимо одна от другой существенно повышают надежность и техн|элогичность конструкции.

Число зубцов ротора точно-го канала двухканапьного ВТ равно числу пар пЬлюсов, т.е. в два раза меньше, чем у известных ВТ. Это обстоятельство дщет возможность увеличить электрическую редукцию ВТ в тех же габаритах и повысить его точность.

Формула изобретения

; 1. Вращающийся трансформатор,сод: ержащий статор с многополюсной двухфазной обмоткой и ферромагнитный

эубчатЕзГй ротор с обмоткой возбуждения, отличающий с я тем, что, с целью упрощения конструкции ротора и повышения точности, зубцовая зона ротора содержит две аксиально смещенные части, обмотка ротора выполнена кольцевой и размещена между частями эубцовой зоны, зубцы статора установлены со скосом относительно зубцов ротора, а число зубцов ротора равно числу полюсов обмотки статора.

2. Трансформатор по п,1, отличающийся тем, что на статоре и в пазах ротора установлены двухполюсные обмотки.

Приоритет по п.2 исчислять от 22.03.78.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Пульер Ю.М. и др. Индукционные электромеханические функциональные преобразователи. М., Энергия, 19Б9, с. 30-86.

2.Пульер Ю.М. Индукционные электромеханические элементы вычислитель5 ных и дистанционно-следя11шх систем, М., Машиностроение; 1964, с. 123-125.

3.Ахметжанов В.А. Высокоточные системы передачи угла автоматических устройств. М:-Л., Энергия) 975, с. 33-38,