Многополюсная электрическая машина постоянного тока

 

Изобретение относится к области электромтаиностроения. Целью изобретения является повышение технико-экономических показателей. Электрическая машина содержит индуктор 1 с полюсами 2 чередующейся полярности, якорь 3 с неперекрещивающейся обмоткой , состоящей из спирально навитых секций 4, подсоединенных к равномерно распределенным по окружности пластинам 5 коллектора 6. Щеточно-коллекторный узел состоит из траверсы 7 и щеток 8,9 Дополнительно установлена траверса 10, сочлененная с валом 11 через подшипники 12. На траверсе 10 установлены пара диаметрально размещенных гцеток 13,14, контактирующих с коллекторными пластинами 5, и (

СОЮЗ СОБЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) 111) (б1) 1 Н 02 К 23/54 т

А Ы1:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4091573/24-07 (22) 14.07.86 (46) 15.02.88. Бюл.№ 6 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) В.Д.Завгородний, M.Â.×åðåïàíÿê и Ю.И.Чучман (53) 621.313.2(088.8) (56) Патент СИА - 4315178, кл. 310-154, 1982.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1175004, кл. Н 02 К 13/14, 1983. (54) МНОГОПО1ДОСНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ

МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА (5/) Изооретение относится к области электромашиностроения. Целью изобре4 тения является повышение технико-экономических показателей. Электрическая машина содержит индуктор 1 с полюсами 2 чередующейся полярности, якорь 3 с неперекрещивающейся обмоткой, состоящей из спирально навитых секций 4, подсоединенных к равномерно распределенным по окружности пластинам 5 коллектора 6. Щеточно-коллекторный узел состоит из траверсы 7 и щеток 8,9. Дополнительно установлена траверса 10, сочлененная с валом 11 через подшипники !2. На траверсе 10 установлены пара диаметрально размещенных щеток 13,14, контактирующих с коллекторными пластинами 5, и

1374355 пара контактных колец 15,16, контактирующих со щетками 8,9, установленными на индукторе 1. На второй траверсе установлена шестерня 17 с числом зубьев к,. На индукторе I соосно шестерне 17 расположена шестерня 18 с числом зубьев к . На якоре 3 в дополнительных подшипниках 19 параллельно оси вала 1.1 установлен вал,цс 20, на концах котоРого жес":ко закреплены две шестерни 21, 22 с числом зубьев z и z+ соответственно. !!!естерня 21 сцеплена с шестерней 17, а шестерня

22 — с шестерней 18. Такое выполнение позволяет увеличить число пар полвсон индуктора и число сек ций обмотки якоря. 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к электромашиностроенив и может быть использовано в моментных двигателях постоянного тока инфранйзких частот вращения с повышенными требованиями по обеспеченив постоянства частоты вра.— щения в пределах одного оборота или его части.

Цель изобретения — улучшение технико-экономических показателей элек10 трической машины.

На фиг.l показана конструкция предлагаемой электрической машины для случая 2р 30, з = 21 и = 4, m = --1

1 . = 3; иа фиг.2 —;,азрез А-А на фиг,l; на фиг.3 — конструкция якоря и дополнительной траверсы; на фиг.4— электрическая схема подсоединения секций обмотки к коллекторным пластинам, при этом для удобства чтения схемы изменен порядок размещения,сек ций показанный на фиг 3

Электрическая машина содержит ин,дуктор 1 с 2р = 6 (2т + 2п) = 3-(2 ° 1+ 25 +2 4) = 30 полвсам 2 чередувщейся полярности, якорь. 3 с неперекрещивающейся обмоткой, состоящей из s =

= 3(2n-1) = 3 ° (2 4 - 1) = 21 спирально навитых секций 4 (фиг.4, lс-21с), 30 подсоединенных к s равномерно расположенным по окружности пластинам 5 (фиг.4, Ik-21k) коллектора 6, выпол- ненным с угловой шириной

2». 2» — — Я = -- — Ц» где- Ц вЂ” угловая . 35 з 21 ширина изоляции между коллекторными пластинами. Щеточно- коллекторный узел г состоит из траверсы 7 и щеток 8 и 9, кроме того, электрическая машина снабжена траверсой 10, сочлененной 40 с валом II через подшипники 12. На траверсе 10 установлены пара диаметрально размещенных щеток !3 и 14, контактирувщих с коллекторными пластинами 5, и пара контактных колец

15 и 16, контактирувщих со щетками

8 и 9, установленными на индукторе l.

Щетки 8,9, 13 и 14 имевт одинаковое сечение. Минимальное число коллекторных пластин 5, контактирувщих со щеткой 13 или 14 при любом угловом положении коллектора 6, равняется 8

На второй траверсе установлена шесстерня 17 с числом зубьев z на индукторе 1 соосно шестерне 17 расположена шестерня 18 с числом зубьев к, на якоре 3 в дополнительных подшипниках 19 параллельно оси вала 11

I установлен валик 20, на котором закреплены две шестерни 21 и 22 с числом зубьев соответственно z и 7.

Иестерня 21 сцеплена с шестерней 17, а шестерня 22 — с шестерней 18. Отношение числа зубьев удовлетворяет условии - - — — — = р + I = 15 + 1

zq. э

z g 7» — 16, что, например, реализуется при

z = к = 40, z = 240 и z = 15.

Секции Ic-21с обмотки якоря 3 подклвчены к коллектору 6 следувщим образом. Начала секцЖ Ic -2lc с порядковыми номерами ь = 1,2,3,...,19, 20,21 поцклвчены к коллекторйым пластинам с номерами -, например для машины, показанной на фиг. I — 4, в случае. когда = 3, II = 4 начало секции с номером i = 3 подсоединено к коллекторной пластине с номером 1 — 10.

Концы секций Ic-21с с порядковыми номерами i = 1,2.3...,,19,20,21 подклвчены R коллекторным пластинам с

l374355

Конец

Секi-u ция с носекции подсоединен к колром

1 лекторной плас70 тине +у

5

16 2

17 1

Конец .— Р

Сек18 0

19 2

20 1

21 () екции подсоединен с номе21 ром

)5

25 лекторной

) 2 плас— тине

2 2

4 0

5 2

19

13

6 1

16

7 0

8 0

17

5О

10 1

11 0

12 2

2

13 1

17

14 0 номерамН -) + у, например конец секции с номером i = 3, начало которой подкл(учено к коллекторной пластине с номером = ),0,1 подключен к пластине с номером 1 + у =- 10 + 3 = 13.

Для машины с = 3= схема которой показана на фиг.4, порядок подсоединения секций с номерами i ()с-2)с) к коллекторным пластинам )К-2)k и величины чисел d. и с, при которых определены номера коллекторных пластин, приведены в таблице.

Порядок подсоединения секций обмотки. якоря к коллекторным пластинам при в — 21, 2р = 30, и = 4, ш = 1, ! = 3 указан в таблице.

Начало -й секции подсоединено к коллекторной пластине ) при з:ычени.:: чисел и и с!

)родолже ни(та блицы

Начало -й секции подсоединено к коллекФорной пластине при значенйях чисел d. и с

При подаче напряжения на цетки 8 н

9 ток протекает по цепи: щетка 9, контактное кольцо 16, дополнительная щетка 13, пластины коллектора 1 =., 2k, 21k, шесть параллельных ветвей обмотки якоря, первая из которых состоит из последовательно соединен— ных секций lс, 5с, 2с; вторая — из секций 4с, 7с, Зс; третья — из секций 8с, 12с, 9с, 13с; четвертая из секций 1)с, 14с, 10с; пятая — из секций 19с, 16с, 20с, шестая — из секций 15с, 18с, 21с, !7с, пластины коллектора 10k, ilk, 12k, дополнительная цетка 14, контактное кольцо

15, цетка 8. В результате взаимодействия тока, протекающего по секциям

)с-21с, с магнитным полем полюсов индуктора 1 возникает электромагнитный момент, под действием которого якорь вращается.

При вращении якоря 3 шестерни 21, 17, 22 и 18 обеспечивают вращение дополнительной траверсы 10 относительно .коллектора 6 со скоро . ью, в р раз большей скорости якоря 3 относительно индуктора 1. При этом в каждой из секций за один оборот якоря направление тока изменяется 2р раз, 1374355 что обеспечивает функционирование предлагаемой машины как машины постоянного тока. Для рассматриваемого случая минимальное число коллекторных 5 пластин 5, контактирующих с дополнительной щеткой 13 или 14, равняется трем, что исключает возможность обесточивания одной или нескольких параллельных ветвей обмотки. 10

Технико-экономическая целесообразность использования предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом определяется следующим.

Увеличение числа пар полюсов при сохранении перегрузочной способности электрической малины позволяет уменьшить высоту магнитов. Это обусловлено тем, что высота постоянных магнитов в машинах рассматриваемого класса 20 выбирается из условия устойчивости к размагничивающему действию реакции якоря, величина которой определяется формулой

А. Ьм

25 где А — линейная нагрузка машины;

1 „ — ширина магнита.

Уменьшение величины реакции якоря при увеличении числа пар полюсов р и уменьшении ширины магнита Ъ„ позволяет уменьшить высоту магнита, а следовательно, расход материала постоянных магнитов.

Увеличение числа секций обмотки 35 якоря при условии сохранения активной длины проводников и среднего диаметра якоря постоянным позволяет уменьшить вылет лобовых частей обмотки за счет уменьшения ширины катушки 40 секции, при этом уменьшаются габаритные размеры двигателя.

Кроме того, увеличение числа полюсов и числа секции приводит к увеличению количества коллекторных плас- 45 тин, при этом повышается частота и снижается уровень пульсаций электромагнитного момента двигателя и выходного напряжения генератора.

Предлагаемое выполнение электрической машины в значительной степени снимает ограничепия на величины чисел р и з в малине заданного габарита за счет применения механической редукции частоты переключения в секциях обмотки якоря, что обеспечивает дальнейшее улучшение ее технико-экономических показателей путем увеличения чисел р и s, Усложнение конструкции за счет установки дополнительных щеток, контактных колец и .механической передачи компенсируется уменьшением затрат активных материалов индуктора и якоря, уменьшением габаритных размеров двигателя, снижением уровня коллекторных пульсаций электромагнитного момента, упрощением технологии изготовления коллектора за счет снижения требований к точности изготовления и установки коллекторных пластин, уменьшением количества щеток, снижением требований к точности установки щеток на нейтраль за счет уменьшения количества щеток, контактирующих с коллектором, с ?р до двух. формула изобретения

Многополюсная электрическая машина постоянного тока, содержащая индуктор с 2р = (?ш + 2n) полюсами чередующейся полярности, установленный на валу якорь с неперекрещивающейся обмоткой, состоящей из s

k (2n — 1) секций, подсоединенных к равномерно расположенным по окружности коллекторным пласТинам коллектора, и щеточный узел, состоящий из траверсы и щеток, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью поьышения технико-экономических показателей, она снабжена второй траверсой, сочлененной через подшипник с валом электрической малины, контаКтными кольцами, шестернями и валиком, на второй траверсе установлены пара диаметрально размещенных щеток, контактирующих с коллекторными пластинами, пара контактных колец, контактирующих со щетками, расположенными на индукторе, и шестерня второй траверсы с числом зубьев к,, на индукторе соосно с шестерней второй траверсы установлена шестерня индуктора с числом зубьев к, на якоре в дополнительных подшипниках параллельно оси вала машины размещен валик, на концах которого жестко закреплены две шестерни с числом зубьев к и z<

9 шестерня с числом зубьев z сцеплена з с шестерней второй траверсы, а шестерня с числом зубьев к сцеплена с шестерней индуктора, отношение числа зубьев шестерен удовлетворяет

1374355 з. 1+ Е

У=- — =P

k=1,2,3 — шаг обмотки; условии

i 1

3° - c+zt — -+1

4 ?2„

i=1,7,3 и1 =1 ъ — p + 1, при этом

z4 начало секции с номером i подсоединено к коллекторной пластине с номером 5 а конец секции с. номером i подсоеди— нен к коллекторной пластине с номером 4 + у, i-1 (2n-1)d+i-1-z t,2й-1 где с— — целое

У число при любом наименьшем

d = О,1,2)..., наименьшее число, обеспечиваищее вмполнение е условия ---: — равное р целому числу; у ° e ° у Б ,2,3,...,s — соответственно, номера секций и номера коллекторных пластин в порядке их расположения по окружности якоря, начиная с произвольно взятой.

Фиа 3

ВНИИПИ Заказ 614(52 "- чРа 665 Подпксвое

Прсизв.-пслигр. лр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4