Многополюсная электрическая машина постоянного тока Советский патент 1980 года по МПК H02K13/14 

(54) МНОГОПОЛЮСНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в тахогенераторах постоянного тока инфранизких частот вращения с большой крутизной выходной характеристики, а также в многополюсных моментных двигателях постоянного тока с повышенным крутящим моментом. Известны электрические машины постоян ного тока, сосотоящие из электромагнитной или магнитоэлектрической систе ьы возбуждения, гладкого или зубчатого якоря, на поверхности или в пазы которого уложена обмотка, состояш.ая из секций, число которых равно или кратно числу коллекторных пластин 1. К недостаткам указанных конструкций многополюсных электрических машин постоянного тока следует отнести: - большое количество секций, обусловленное необходимостью обеспечения низкого уровня пульсаций выходного момента в исполнительных двигателях,. что приводит к существенному увеличению трудоемкости изготовления обмотки якоря и снижению надежности машины за счет большого количества соединений концов секций с коллекторными пластинами; - изменение величины среднего значения выходного напряжения в генераторно.м режиме и среднего значения момента в двигательном режиме при одновременном изменении формы пульсации напряжения или момента, в случае изменения числа однополярных контактируюших щеток, вызванного воздействием внешних вибраций, ударов центробежных ускорений или зависания одной из щеток. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является тахогенератор, содержащий многополюсный индуктор и якорь с печатной обмоткой, выполненной в форме меандра 2. Недостатком указанной машины является:недостаточная надежность обеспечения стабильности выходных характеристик при наличии внешних м еханических возмущающих воздействий и нарушениях контакта между одной из параллельно включенных щеток и коллектором, так как при любой схеме соединения обмотки, даже при полном комплекте щеток многополюсной машины, изменение числа контактирующих щеток влияет на среднюю величину выходного напряжения генератора и среднего момента двигателя. Наличие переменного числа контактирующих щеток при внещних механических возмущающих воздействиях вызывает появление дополнительных пульсаций выходного напряжения или момента.

Целью настоящего изобретения является повыщение надежности работы электрической мащины при воздействии внешних вибраций, ударов и центробежных ускорений, а также при нарушении электрического контакта между отдельными щетками и коллектором.

Указанная цель достигается тем, что секции обмотки выполнены в виде последовательно соединенных катушек, равномерно распределенных по окружности якоря, количество которых равно числу пар полюсов индуктора и сдвинутых друг относительно друга на угол 2 n/pS радиан, причем коллекторные пластины, отстоящие одна от другой на число пластин, равное числу секций, соединены между собой токопроводящими перемычками, где р - число пар полюсов, S - число секций обмотки.

На фиг. 1 изображена предложенная многополюсная электрическая машина постоянного тока, общий вид; на фиг. 2 - электрическая схема соединения якоря и токосъемного устройства с условно вынесенными секциями; на фиг. 3 - многовитковая секция обмотки якоря, общий вид.

Многополюсная электрическая машина постоянного тока имеет магнитоэлектрический или электромагнитный индуктор с полюсами возбуждения, внутри которого размещен якорь с обмоткой, состоящей из многовитковых секций 1-4, уложенных по расточке якоря со сдвигом на угол, равный 2 n/pS (р - число пар полюсов, S - число секций) в форме мендра. Выводы 1н - 4н - 1к - 4к секций 1-4, расположенные на двойном полюсном делении, подсоединены к коллекторным пластинам 1 - 5 как в простой петлевой обмотке, соединенным друг с другом перемычками 5. На поверхности коллектора 6 установлены щетки 7, соединенные перемычками 8.

На фиг. 2 показано образование параллельных ветвей обмотки якоря: первая параллельная ветвь образована секциями 1 и 2, а вторая - секциями 3 и 4.

При вращении якоря с расположенными на нем секциями 1-4 в магнитном поле, создаваемом пЬлюсами, в каждой активной стороне секций 1-4 наводится ЭДС, пропорциональная частоте вращения, причем стороны секций 1-4 уложены так, что ЭДС активных сторон суммируются. ЭДС секций 1-2, подсоединенных к коллекторным пластинам 1-3, расположенным под одним полюсным делением, суммируются, образуя ЭДС параллельной ветви обмотки.

которая меняется приблизительно гго синусоидальному закону при повороте якоря в пределах одного полюсного деления. ЭДС второй параллельной ветви образуется суммированием ЭДС секций 3-4, подсоединенных к коллекторным пластинам 3-5.

В результате выпрямляющего действия коллектора 6, заключающегося в переключении секций 1-4 из одной параллельной ветви в другую при вращении якоря, на коллекторных пластинах 1 - 5 возникает потенциал, распределенный по коллектору в форме стоячей волны. Для нормального функционирования машины необходимо, чтобы количество периодов потенциальной волны ЭДС на коллекторе равнялось числу пар полюсов, что достигается при выполнении следующих -условий:

X pS(1)

V Q

(2)

К

- количество коллекторных пласгдетин коллектора;

р - количество пар полюсов индуктора;

5 -количество секций обмотки якоря;

YK -щаг соединения коллекторных

пластин.

При выполнении условия (1) потенциальная волна ЭДС на коллекторе имеет число периодов, равное числу пар полюсов, что обеспечивает работу щеточно-коллекторного узла как выпрямителя ЭДС. Количество токосъемных щеток в этой машине может быть равным от 2 до 2 р.

При установке полного или неполного комплекта щеток они объединяются в две группы. Соединения между щетками осуществляются с шагом:

(3) Уш. Y

;ш,

Технико-экономическая целесообразность использования предложенной электрической машины заключается в том, что

ее обмотка обладает свойствами волновой и петлевой обмотки, чем обеспечивается значительное увеличение надежности работы машины при воздействии внешних вибраций, ударов и центробежных ускорений, а

5 также при нарушении электрического контакта между отдельными щетками и коллектором. Это достигается за счет полного многократного резервирования щеток, установленных на коллекторных пластинах с абсолютно одинаковым потенциалом.

Предлагаемая многополюсная электрическая машина постоянного тока может быть использована в генераторном и двигательном режимах.

Проведенные исследования по использованию предлагаемой конструкции в тахогенераторах постоянного тока показали, что выходные характеристики машины не изменяются при установке любого числа щеток от 2 до 2 р.

Формула изобретения

Многополюсная электрическая машина постоянного тока, содержащая индуктор и якорь с обмоткой, секции которой выполнены в форме меандра, а концы секций подсоединены к соседним пластинам коллектора, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности при воздействии внешних нагрузок, секции обмотки выполнены в виде последовательно соединенных катушек, равномерно распределенных по окружности якоря, количество которых равно числу пар полюсов индуктора, и сдвинутых друг относительно друга на угол 2 л/pS радиан, причем коллекторные пластины, отстоящие одна от другой на число пластин, равное числу секций, соединены между собой токопроводящими перемычками, где р - число пар полюсов, S - число секций обмотки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Франции № 2264415, кл. Н 02 К 3/12, 1976.

2.Патент Великобритании № 1423866, кл. Н 02 К 21/00, 1976.