Вращающийся трансформатор

 

и но-те." ни бл ческая

Союз Советскнк

Соцналнстнческнк

Республик

ОП ИС АНЙ

ИЗОБРЕТЕНИЯ („) ? 36284

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 29.1277 (21) 2560990/24 — 07 с присоединением заявки HP (23) Приоритет

Опубликовано 250580. Бюллетень HP 19

Дата опубликования описания 250580 (g ) 2

Н 02 К 24/00

Государственный комитет

СССР по деяам изобретений и открытий (53) УДКВ21. З14. .214.2 (088. 8) (72) Авторы изобретения

3. Н. Асиновский, Г.А. Козлов и М.И. Левкович (71) За яв итель (54) ВРАЩИОЩИЙСЯ ТРАНСФОРМАТОР

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим микромашин ам типа вращающихся трансформаторов (BT) .

Из BE стны 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 увели чении эле ктри че ской редукции, т. е. числа пар полюсов одновременно ухудшаются электрические характеристики BT (уменьшается коэффициент 15 трансформации, увеличивается сдвиг фазы выходного напряжения, выходное сопротивление, ухудшается стабильно ст ь коз ффициент а тран сформации и фазы выходного напряжения при 20 изменении температуры окружающей среды и частоты напряжения питания) .

Кроме того, при увеличении чи сл а пар полюсов усложняется технология изготовления ВТ, 25

Известны также двухканальные ВТ, содержащие двух«олюсные и многополюсные обмотки (2) .

Их:-;едостат ком является ухудшение выходных параметров при увели- - 30 чении числа пар полюсов за счет уменьшени я,цобротности точного кана ла.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату. к изобретению является многополюсный ВТ, содержащий статор электромашинного типа с многополюсной двухфазной обмоткой и ферромагнитный ротор с обмоткой возбуждения типа зубец-полюс . Число зубцов ротора такого BT должно быть в 2 раза больше числа пар полюсов (3).

Однако вследствие конструктивнотехнологических ограничений размеров зубцов число зубцов ротора, а следовательно, число пар полюсов BT приходится уменьшать при уменьшении габаритов ВТ. Это значит, что ВТ с достаточно большой электрической редукцией невозможно выполнить в малых габаритах.

При увеличении числа пар полюсов обмотка ротора становится технологически сложной и малодобротной, т . е. ее акти вное сопроти.вление существенноо (в десятки раз ) превышает индуктивное сопротивление взаимоиндукции. Следствием этого является ухудшение электрически х хар актери стик

BT (уменьшение коз Ффнциента трансформации, увеличение сдвига фазы выходного напряжения, увеличение выходного сопроти вления, ухудшение стабильности).

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

Целью изобретения является упрощение конструкции ротора и повышение точности ВТ.

Это достигается тем, что в ВТ содержащем статор электромашиннаго типа с многополюсной обмоткой и

Ферромагнитный ротор с обмоткой, зубцовая зона ротора содержит две аксиально смещенные части, между которыми установлена кольцевая обмотка, 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 могут быть установлены двухполю сные о бмот ки .

На фиг. 1 к 2 изображен вращающийся трансформатор (ВТ), продольный и поперечный разрезы, соответственно на фиг. 3, 4 — первый вариант двухканального BT продольный и поперечный разрезы, соответственно; на фиг, 5 и б — второй вариант двухканального ВТ, продольный и поперечный разрезы соответственно; на Фиг. 710 — варианты взаимного расположения зубцов статора и ротора.

Многополюсный ВТ (см. Фиг. 1) ссдерижт статор 1 электромашинного

4п типа, в пазах которого находится многополюсная двухфазная обмотка 2.

Эубцовая зона Ротора ВТ разделена на две части 3 и 4, между котсрыm pasмещена кольцевая обмотка всзбуждения 5. М

При исполнении BT в двухканальном варианте в пазах статора устанавливается двухполюсная обмотка б, а в пазах ротора — двухполюсная обмотка

7 грубого канала. Иногополюсная 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 полуз акрытыми пазами. 8, в которых и уложена двух55

Фаэная обмотка 7 грубого канала, а между частями эубцовой зоны поверх нее выполнена кольцевая обмотка 5 точного канала (см.фиг.б) .

На фиг. 7 изображена часть раз- ЬО вертки зубцов ротора для случая, когда статор не имеет скоса пазов (зубцы статора показаны пунктирными линиями) . Зубцы 9 части 3 и зубцы 10 части 4 смещены в направле- 6Я один относительЕ - (В ФО Д- где Ф вЂ” постоянная составляющая по Я тоха;

Ф вЂ” амплитуда переменной составляющей потока.

Š— жала зубцов, ротора, Ж -- р (p — число пар полюсов ВТ); — угол поворота ротора;

-- разность угловых смещений левой и правой частей зубцовой эоны ротора относительно статора в направлении вращения ротора. уч) тывая, что потоки Ф„ и Фя направлены встречно, полный поток зубца. статора сцепленный с лежащими на этом зубце катушками, будет равен ф=ф„ф =Ф э Ф 2ф.+м)-Ф s1H z.d =

=29 сава(:3.+ М.эщ (Ц

М 2 2

TBK как К = p тО результирующий магнитный поток, сцепленный с катушками, уложенными на зубце статора, изменяется ПРОпОРЦИОнальнО GQsp(++ -)

2) илк, учитывая во зможност ь компе н сании вр аще ни я на у гол

Относительно другогo или но статораа ф™-г ° . и-"ображен сл. чай, когда части зубцовой эоны ротора имеют скос зубцов и смещены на угол 9 в направлении вращения, Поскольку в этом случае скос пазов статора также отсутствует, то сдвиг частей зубцовой зоны ротора - одн а От но сительно другой равносилен нх скосу относительно зубцов статора.

На фиг„9 изображен вариант, когда угловой сдвиг частей зубцовой эоны ротора получается эа счет скоса пазов ст атора, которые показаны пук кткрОм. XQTH части зубцОвОЙ зОны ротора здесь не смещены одна относительно другой, результирующий их скос относительно статора на угол

-.. åM не менее достигает ся.

На фиг. 10 изображен вариант, когда скос частей эубцовой зоны ротора

Относительно зубцов статора в на.правлении вращения на разные углы достигнут как эа счет скоса пазов статора, так и эа счет сдвига частей эубцовой зоны ротора друг относительНО друга.е

ВТ Работает следУющнм образам..

При подаче напряжения на кольцевую обмотку 5 ротора создается униОлярный потока Причем ПО К А Р пр ходящий чер*-=s левую часть зубцовой эоны ротора в статор, и поток Фп, проходящий через правую часть зубцавой эоны ротбра в статор, имеют встречное направление, Иагнитный поток каждого зубца статора .три повороте ротора в первом приближении изменяется по закону:

736284 ции угла т- при начальной выставке

ВТ,н нулевое полажение, пропорциональна соз рА- Одкакор точно так же изменяется от угла поворота магнит1 ный пО т О к 3 У бц а ст BT op а кл а с си че с КО ха многополюсного BT.

Следовательно, B Bfdxo Hx Обмотках статора будут наводиться ЭДС, пропор,циональные sin рФ-и соз pg, т.е. ,предлагаемый ВТ обеспечивает требуе мую функциональную зависимость выходного напряжения От угла поворота.

Угол V на который отличается угловое йоложение одной части зубцовой зоны ротора относительна статора от углового положения второй части относительно статора, как было пояснена на фиг, 7-10, получается или за счет взаимного сдвига частей„ эубцовой зоны ротора или за счет скоса пазов статора или при использовании обоих этих методов. Величина ,Угла 9 ныбиРаетcsр исхоДЯ из слеЦующих сООбражений, Наибольшая амплитуда выходного сигнала BT получает ся, очевидно, 5 если в формуле (1} величина з4ц

В этом случае Ч= + > поэтому смещение зубцов левой и правой частей эубцовой эоны ротора составляет полови- ЗО ну эубцоного ша а ротора.

2А

При смещении частей на угол =.„

ЯХ из выходной ЭДС исключает ся гармоника " пО углу nosoporа, T е хая исключения 3-й гармоники следует выполнять сдвиг частей эубцоной зоны ротора на 1/3 зубцоного шага ротора, для исключени я 5-й гармоники — н а

1/5 шага и т.д.

Пользуясь этим и учитывая спектр гармоник намагничивающей силы статорной о бмот ки, который з а ни сит от схемы обмотки и числа зубцов статора, можно выбрать оптимальный сдвиг частей зубцовай зоны ротора. ф, Работа BT н двухканальном исполнении происходит следующим образом.

Прй подаче н апряже ни я во з буждения на электрамашинную обмотку 7 грубого канала ротора создается двухполюсное плоско-параллельное магнитное поле, -.î÷íî так же, как в обычных электрических машинах. Это магнитное поле наводит в статорных обмотках 6 грубого канала ЭДС, которая изменяется при повороте ротора на угол пропорционально Bind. и соз d. Поскольку магнитный поток грубого канала разделяется двумя частями эубцсвой =-оны ротора на две равные части, то ЭДС статорной обмотки 6 грубого канала ЬО в предложенном ВТ равна сумме двух

ЭДС, сдвинутых на угол М вЂ” угол смещения частей эубцовой зоны ротора относительно статора в направлении вращения. Таким образам, результи- . 65 рующее напряжение на выходе грубого канала пропорционально з з1!1 (а +% )=2 ьщ (д, + -) сан (2) азА+coз(L+<)=асан (,1+ -) сс з - - .

При подаче напряжения возбуждения

»а кольцевую обмотку 5 точнога канала ротора создается униполярный тороидальный поток точного канала, состоящий из потоков Ф левой части и

Ф„правой 4асти зубцовой эоны ротора, которые пересекают воздушный зазор н противоположных направлениях.

Магнитный поток точного канала, проходящий через каждый зубец статора, при повороте ротора изменяется в первом приближении по закону где Ф вЂ” постоянная составляющая пао така;

Ф,„ — амплитуда переменной составляющей потока„

Š— число зубцов частей эубцовай зоны ротора, Е = Р ( число пар полюсов "î÷íîãî канала), а .. — угол поворота ротора;

f — разность угловых смещений частей зубцаной зоны ротора относительно статара в направлении вращения ротора.

Так как патаки Ф и Фп направленЫ встречно, то полый йоток зубца статора, созданный униполярным потоком точного канала, ранен ф =ф -ф =ф,„зщ 2.(d.åÌ)-ф вщ2д.=

= 2ф .сан 7. Id. + -) з1 —

Поскольку Е =- P та магнитный поток

Ч изменяется пропорциональна оса(+ ), наводя в обмотке статора точного канала ЭДС, пропорциональные Мн р (с(+

Ф - -) и ..О Р (а" + - -), Таким образом, напряжения на выходе грубого канала предлагаемого

ВТ пропорциональны ЬЙ (d - — ) и с,аф.-, р а на выходе точного канала BT—

Ч; з р д„+ — iмсаэр(д+%. Угол -1- ма 2. жет ыть скампенсираван при началь-. чой ныстанке BT н нулевое положение, следовательно выходные напряжения предлагаемого ВТ н точности соответствуют напряжениям двухканального

BT.

Примененная на роторе кольцевая

ОбмОтка пО сравнению с ОбмОткОЙ зубец-полюс является конструктивно значительно более простой. Кольцевую обмотку можно выполнять с пОмОЩью RBLliHHHGA нBMDT ки р а зубцы ротора нарезать на эубарезных станках, что повышает технологичность конструкции и точность изготовления узла ротора.

736284

Выполнение ротора с чи слом зу бье в, равным числу пар полюсов ВТ, т.е. в два раза меньшим, чем. у известных

ВТ, позволяет увеличить электрическую редукцию при,одном и том же чнсле зубцов ротора в два раза по сравнению с прототипом. Кроме того, кольцевая обмотка ротора, примененная в предлагаемом ВТ,. имеет б@лее высокую добротность, чем обмотка зубец-полюс, в результате чего обеспеЧивается улучшение электрических характеристик ВТ.

Расположение обмоток ротора точнога и грубого каналов в разных пазах, независимо одна от другой су.щественно повышают надежность и технологичность конструкции.

Число зубцов ротора точного канала двухканального ВТ равно числу пар полюсов т.е. в два раза меньше, чем у известных ВТ. Это обстоятельство дает возможность увеличить электрическую редукцию ВТ в тех же габаритах и повысить его точность.

Формула изобретения

1. Вращающийся трансформатор, содержащий статор с многополюсной двухфазной обмоткой и ферромагнитный зубчатый ротор с обмоткой воз бужде— ния, о т л и ч а ю ш и й" 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 зубцовой зоны, зубцы статора установлены со скосом относительно зубцов ротора, а число зубцов ротора равно числу полюсов обмотки статора.

2. Трансформатор по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что на статоре и в пазах ротора установлены двухполюсные обмотки.

15 Приоритет по г ° 2 исчислять от

22.03.78.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Пульер Ю,М. и др. Индукцион—

10 ные электромеханические функциональные преобразователи. М., Энергия, 1969, с. 30-86.

2, Пульер Ю.М. Индукционные злектромеханические элементы вычислительных и дистанционно-следящих систем, М,, Машиностроение", 1964, с. 123 — 125.

3. Ахметжанов В. A. Высокоточные си стемы передачи угла автоматических устройств. М-,Л., "Энергия," ) 975, с. 33-38.