Статор коллекторной электрической машины

 

Изобретение относится к электротехнике и касается создания коллекторных электрических машин. Изобретение обеспечивает снижение влияния реакции якоря на работу коллекторной электрической машины. Для этого в средних частях основных полюсов выполнены немагнитные зазоры по всей высоте магнитопровода, которые в поперечном сечении неравномерны, а их средние величины возрастают в направлении от полюсных наконечников к ярму статора. Конструкция статора позволяет повысить удельные энергетические показатели коллекторных электрических машин, улучшить условия коммутации секций якоря, а также достичь экономии обмоточного провода обмоток коллекторной электрической машины. 5 ил.

Изобретение относится к электромашиностроению, а именно к созданию коллекторных электрических машин.

Известна конструкция статора коллекторной электрической машины, содержащая магнитопровод, который состоит из раздельных частей, зафиксированных относительно друг друга соединительными элементами, и имеет в средних частях основных полюсов продольные немагнитные зазоры по всей высоте магнитопровода (авт. св. 1642550, кл. H 02 K 1/14, 1991).

Данное устройство служит прототипом предлагаемого изобретения.

Недостатком рассматриваемой конструкции является сравнительно высокая магнитная проводимость магнитопровода на пути замыкания магнитного поля, обусловленного м. д.с. реакции якоря при работе электрической машины, так как равномерный немагинтный зазор в средних частях основных полюсов не может быть значительным из-за соответствующего снижения площади воздушного зазора под основными полюсами. При этом магнитный поток реакции якоря достигает больших значений, соизмеренных с величинами магнитного потока основных полюсов электрической машины. В результате, наиболее сильно проявляется так называемое размагничивающее действие реакции якоря, следствием которого является ослабление магнитного потока. Кроме того, при этом наблюдается значительное искажение равномерного распределения магнитного поля под основными полюсами, что в машинах без добавочных полюсов, особенно в реверсивных, приводит к ухудшению условий коммутации секций якоря.

Целью изобретения является снижение магнитного поля реакции якоря путем увеличения магнитного сопротивления поперек основных полюсов.

Поставленная цель достигается тем, что в статоре коллекторной электрической машины, содержащем магнитопровод, который состоит из раздельных частей, зафиксированных относительно друг друга соединительными элементами, и имеет в средних частях основных полюсов дополнительные немагнитные зазоры по всей высоте магнитопровода, указанные немагнитные зазоры в поперечном сечение выполнены неравномерными, причем средние немагнитные зазоры в области сердечников полюсов и ярм больше, чем в области полюсных наконечников.

По мнению автора, предлагаемое решение является новым, так как признаки, а равномерно и их совокупность, обладают существенными в сравнении с прототипом отличиями.

В современной технике не выявлено эквивалентного технического решения, содержащего совокупность признаков, отличающих данное изобретение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "существенные отличия".

Сущность предлагаемого изобретения состоит в создании максимального зазора между раздельными частями магнитопровода в области основных полюсов при минимальном снижении полюсного перекрытия. Это достигается путем выполнения наибольшего немагнитного зазора в области наконечников полюсов, примыкающих к якорю, и увеличения данного зазора по мере продвижения к внешней границе якоря статора. Предельные величины немагнитных зазоров в зоне сердечников полюсов и ярм статора определяются исходя из сохранения сечений соответствующих участков магнитопровода на достигнутом уровне, обеспечивающем достаточную магнитную проводимость для основного магнитного потока полюсов. При этом основной магнитный поток полюсов свободно замыкается через раздельные части магнитопровода статора, воздушные зазоры между полюсами и пакетом якоря, а также через сам пакет якоря. Одновременно создается дополнительное повышенное магнитное сопротивление для магнитного потока, создаваемое обмоткой якоря, который, в данном случае, замыкается через пакет якоря, воздушные зазоры между пакетом якоря и основными полюсами, сердечники основных полюсов в их поперечном направлении, а также через созданный увеличенный немагнитный зазор между раздельными частями статора в середине основных полюсов. Это приводит к существенному ослаблению магнитного потока, создаваемого поперечной реакцией якоря. В электрических машинах с добавочными полюсами при этом возрастает поток коммутирующего поля, так как магнитные потоки добавочных полюсов замыкаются, преимущественно через основные полюсы вследствие наличия дополнительных увеличенных немагнитных зазоров в средней части основных полюсов и якоря статора, что приводит к суммированию потоков коммутирующих полей добавочных полюсов в коммутируемых секциях. В результате становится возможным снижение сечения добавочных полюсов и экономия обмоточного провода обмоток добавочных полюсов.

На фиг.1 показан поперечный разрез основного полюса коллекторной электрической машины с оптимальным неравномерным немагнитным зазором между раздельными частями магнитопровода; на фиг.2, 3, 4 - поперечные сечения полюсов коллекторной электрической машины с упрощенными формами неравномерных немагнитных зазоров между раздельными частями магнитопровода; на фиг.5 - поперечный разрез коллекторной электрической машины с неравномерным немагнитным зазором между раздельными частями магнитопровода в средней части основных полюсов.

Статор коллекторной электрической машины (фиг.1) состоит из раздельных частей магнитопровода 1, 2, которые включают в себя ярма статора 3, 4 и элементы основных полюсов 5, 6. Части магнитопровода 1, 2 скреплены между собой соединительными элементами 7 в виде пластин из немагнитного металла, которые расположены с торцев магнитопровода и прикреплены сваркой или заклепками к части магнитопровода 1, 2.

Ведущий зазор между частями магнитопровода 1, 2 выполнен неравномерным и его среднее значение в области полюсных наконечников (область I) значительно меньше, чем области сердечника полюса и ярма статора (область II). В результате средняя величина всего воздушного зазора между частями магнитопровода 1, 2 существенно больше, чем в зоне полюсных наконечников (область I).

Поверхность элементов основных полюсов 5, 6 со стороны воздушного зазора выполнена криволинейной, что, с одной стороны, обеспечивает максимальную величину воздушного зазора между частями магнитопровода 1, 2 в каждом из сечений по высоте элементов основных полюсов 5, 6, а с другой стороны, сохраняет поперечные сечения ярм статора 3.4 в области полюса на уровне соответствующих сечений на других участках магнитопровода. При этом элементы основных полюсов 5, 6 по форме напоминают самостоятельные несимметричные полюсы электрических машин.

Форма неравномерного немагнитного зазора между частями магнитопровода 1, 2 может быть более простой (фиг.2, 3, 4, 5), приближенной к оптимальной форме (фиг.1).

Крепление частей магнитопровода 1, 2 между собой может осуществляться методом скрепления с немагнитной вставкой 9, помещенной в зазор между элементами основных полюсов 5, 6 (фиг.3), либо методом сварки с немагнитной планкой 8, 10 в боковой части магнитопровода (фиг.2, 4).

Раздельные части магнитопровода 1, 2 могут быть помещены в немагнитный корпус 11 (фиг.5), внутренняя форма которого позволяет их фиксировать относительно друг друга. При этом в зазорах между элементами основных полюсов 5, 6 могут быть диамагнитные вставки 12.

Следовательно, форма поперечного сечения неравномерного немагнитного зазора между элементами основных полюсов 5, 6 может быть различной, но необходимо стремиться к выполнению немагнитного зазора в зоне ярма статора возможно большей величины.

Поперечная форма немагнитного зазора в продольном направлении магнитопровода может изменяться исходя из каких-либо технологических соображений, однако средняя величина немагнитного зазора в области сердечника полюса и ярма должна оставаться больше средней величины немагнитного зазора в области полюсного наконечника.

Работа предлагаемой конструкции статора коллекторной электрической машины. При подаче электропитания на коллекторную электрическую машину в обмотках возбуждения 13 статора и обмотке якоря 14 ( фиг.5) протекают токи, которые создают соответствующие магнитные потоки. Потоки обмоток возбуждения Ф_ов замыкаются по элементам основных полюсов 5, 6, ярмам 3, 4, пакету якоря 14 и по небольшим воздушным зазорам между элементами основных полюсов 5, 6 и пакетом якоря 14, что обеспечивает сравнительно высокую магнитную проводимость для данных магнитных потоков, которая практически не отличается от аналогичных проводимостей в традиционных конструкциях статоров коллекторных электрических машин, так как полюсное перекрытие здесь уменьшено незначительно.

Потоки поперечной реакции якоря Ф_ря замыкаются по пакету якоря 14, малым воздушным пакетом якоря 14 и элементами основных полюсов 5, 6, самим элементам основных полюсов 5, 6 и повышенному немагнитному зазору между элементами основных полюсов 5, 6.

В результате наличия увеличенного немагнитного зазора между элементами основных полюсов 5, 6 в предлагаемой конструкции статора магнитная проводимость для потоков Ф_ря существенно ниже, чем в прототипе, что обеспечивает снижение потока реакции якоря.

Таким образом, предлагаемая конструкция статора коллекторной электрической машины позволяет уменьшить магнитный поток поперечной реакции якоря и тем самым снизить размагничивающее действие поперечной реакции якоря. При этом может быть повышено электромагнитное использование коллекторной электрической машины либо достигнута экономия обмоточного провода обмоток возбуждения, а также улучшены условия коммутации секций якоря.

Заявленная конструкция статора коллекторной электронной машины может быть использована в коллекторных электрических машинах переменного тока для бытовой техники, которые, как правило, не имеют добавочных полюсов и отличаются высокими удельными электромагнитными нагрузками, а также в машинах общепромышленного применения с добавочными полюсами.

Формула изобретения

Статор коллекторной электрической машины, содержащий магнитопровод, который состоит из раздельных частей, зафиксированных относительно друг друга соединительными элементами, и имеет в средних частях основных полюсов продольные немагнитные зазоры по всей высоте магнитопровода, отличающийся тем, что указанные немагнитные зазоры в поперечном сечении выполнены неравномерными, причем средние немагнитные зазоры в области сердечников полюсов и ярм больше, чем в области полюсных наконечников.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5