Электрическая машина постоянного тока с дисковым якорем (ее варианты)

 

1. Электрическая машина постоянного тока с дисковым якорем, содержащая индуктор с 2р магнитными полюсами чередующейся полярности, многослойный якорь, выполненный из идентичных спирально навитых плоских катушек, и коллектор , к пластинам которого подсоединены S секций по схеме волновой или петлевой обмоток, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, с целью снижения влияния технологических погрешностей изготовления якоря и индуктора, каждый из п слоев обмотки якоря содержит S равномерно расположенных по окружности якоря катушек, геометрические оси катушек, расположенных в разных слоях, коллинеарны, каждая секция вьтолнена из п последовательно соединенных, находящихся в разных слоях катушек, которые сдвинуты относительно друг друга на угол .. 2Т причем катушки четных слоев якоря включены встречно по отношению к катушкам нечетных слоев якоря, где Sm ±е У 2р с 1при S равном нечетному где числу; е 2при S равном четному числу j; наименьшее целое нечетное m число, при котором число равно целому числу. 2. Электрическая машина постоянного тока с дисковым якорем, содержащая индуктор с 2р магнитными полюS сами чередующейся полярности, диско (Л вьй многослойный якорь, вьшолненный из идентичных спирально навитых плоских катушек, и коллектор, к пластинам которого подсоединены S секций по схеме волновой или петлевой обмотки, отличающаяся тем, что, с целью снижения влияния технологических погрешностей изготовления якоря и индуктора, каждый из п слоев обмотки якоря содержит S равномерно расположенных по окружности якоря катушек, геометрические оси катушек каждого последующего слоя смещены относительно осей катушек предыдущего слоя на угол чс oi р„(Л1-) S 2йкаждая из секций выполнена из п последовательно соединенных, находящихся в разных слоях катушек, оси которых сдвинуты относительно друг друга на угол 8-1 к, . :

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„1176424 (51)4 Н 02 К 23. гОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ

/ ..

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ / причем катушки четных слоев якоря включены встречно по отношению к катушкам нечетных слоев якоря, где

Sm «f

2р каждая из секций выполнена из и последовательно:соединенных, находящихся в разных слоях катушек, оси которых сдвинуты относительно друг друга на угол

3=-"К, P (21) 3647644/24-07 (22) 30.09.83 (46) 30,08.85. Бюл. ш 32 (72) В.Д. Завгородний, И,И. Попадин и Ю.И. Чучман (71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинского комсомола (53) 621.313. 2(088.8) . (56) Патент США Ф 4188556, кл, 310-268, f:980.

Авторское свидетельство СССР

0 771809, кл. Н 02 К 13/14, 1980.

Патент США N 4315178, кл. 310-154, 1982. (54) ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПОСТОЯННОГО

ТОКА С ДИСКОВЬК .ЯКОРЕМ (ЕЕ ВАРИАНТЫ) (57) 1. Электрическая машина постоянного тока с дисковым якорем, содержащая индуктор с 2р магнитными полюсами чередующейся полярности, многослойный якорь, выполненный.из идентичных спирально навитых члоских катушек, и коллектор, к пластинам которого подсоединены S секций по схеме волновой или петлевой обмоток, о т л и ч а ю щ ая с. я тем, что, с целью снижения влияния технологических погрешностей изготовления якоря и индуктора, каждый из и слоев обмотки якоря содержит S равномерно расположенных по окружности якоря катушек, геометрические оси катушек, расположенных в разных слоях, коллинеарны, каждая секция выполнена иэ и последовательно соединенных,. находящихся в разных слоях катушек, которые сдвинуты относительно друг друга на угол

2» — y, С где E = 1 при 8 равном нечетному числу;

E = 2 при S равном четному числу

m — наименьшее целое нечетное число, при котором число равно целому числу.

2. Электрическая машина постоянного тока с дисковым якорем, содержащая индуктор с 2р магнитными полюсами чередующейся полярности, дисковый многослойный якорь, выполненный из идентичных спирально навитых плоских катушек, и коллектор, к пластинам которого подсоединены S секций по схеме волновой или петлевой обмотки, отличающаяся тем, что, с целью снижения влияния технологических погрешностей изготовления якоря и индуктора, каждый из и слоев обмотки якоря содержит S равномерно расположенных по окружности якоря катушек, геометрические оси катушек каждого последующего слоя смещены относительно осей катушек предыдущего слоя на угол

2л = — Р(), s г

1176424 где К вЂ” постоянная для данной машины величина, равная целому числу, при К, равном четному числу, все катушки, образующие секцию, соединены последовательно согласно, а при К, равном нечетному числу, катушки четных слоев якоря включены встречно по отношению к катушкам нечетных слоев;

P оператор выделения дробной части числа, представляющего смешанную дробь °

Изобретение относится к области электромашиностроения, в частности к конструкциям многополюсных машин постоянного тока с дисковым якорем, к которым предъявляются повышенные требования по стабильности величины выходного напряжения в пределах одного оборота якоря или его части (для машин, работающих в генераторном режиме), или по стабильности частоты вращения и электромагнитного момента (для машин, работающих в режиме двигателя).

Цель изобретения — снижение влияния технологических погрешностей изготовления якоря и индуктора на выходные характеристики машины,, На фиг. 1 показана конструкция якоря машины постоянного тока с дисковым якорем Io первому варианту;. на фиг. 2 — принципиальная схема обработки якоря по первому варианту; на фиг. 3 — взаимное расположение катушек в первом (а), втором (б) и третьем (в) слоях якоря согласно второму варианту; на фиг. 4 — принципиальная схема соединения катушек между собой по второму варианту (случай, когда К = 2); на фиг. 5— распределение поля по окружности якоря (5а) при неравномерном намагничивании полюсов, форма ЭДС одной катушки в пределах одного оборота якоря (5б), расположение осей катушек по окружности якоря при наличии неравномерности распределения кату шек по окружности якоря в первом варианте конструкции (5в) и форма ЭДС ,секции якоря предлагаемой конструк2и 7и 2 4н (--,—

7 2н ° 5 35 Образование распределенных по окружности якоря секций достигается путем последовательного соединения между собой и = 3 катушек, расположенных в разных слоях.

По первому варианту между собой соединяются катушки, оси которых сдвинуты на угол

2и 2Ц вЂ” у = — 2

S. 7

Sm+6

4

7 э

7 ° 3-1 где у

2о

3;

1 (так как

S — нечетное число), Z ции (5г) с учетом видов технологичес-, ких погрешностей, Якорь содержит обмотку, выполненгую из S n плоских спиральных кату5 шек 1-21, расположенных в и слоях (показаны обмотки с и = 3), в каждом слое размещено по S = 7 катушек; слой 1 — катушки 1-7, слой 2 — катушки 8-14 и слой 3 — катушки 15-21. Катушки, расположенные в каждом слое, равномерно распределены по окружности якоря и их оси смещены относительно друг друга на угол, равный

2 /S рад, оси катушек, расположенных в разных слоях, коллинеарны (см. на фиг. 1б и фиг. 2 оси катушек 1, 8, 15 и т.д.) .

Во втором варианте конструкции оси катушек каждого последующего слоя смещены относительно осей катушек предыдущего слоя на угол Ф, величина которого для случая S = 7; р = 5;

К = 2 равна

3 1 176ч2 < 4 т.е. первая секция образована последовательным соепинением катушек 1 (первый слой), 10 (второй слой) и 19 (третий слой), причем катушка второго слоя 10 включена встречно по отношению к катушкам первого и третьего слоев 1 и 19 соответственно. Порядок соединения остальных катушек в секции приведен в табл.1.

Во втором варианте конструкции 0 между собой соединяются катушки, расположенные в разных слоях и смещенные друг относительно друга на угол н

2 1 о= — К = -".2 р 5 5

15 (принято n = 2), т.е, первая секция образована последовательным соединением катушек 1 (первый слой), 9 (второй слой) и 17 (третий слой). Так как К принято равным четному числу, то все катушки соединены между собой последовательно-согласно. Порядок соединения остальных катушек в секции приведен в табл,2.

Секции обмотки якоря подсоединены к .коллектору 22.. Якорь устанавливается в индукторе с полюсами возбуждения .23, число которых равно 2р.

Величина потока, создаваемого каж- З0 дым из полюсов индуктора 23, и форма его распределения под каждым из полюсов в значительной мере зависят от ряда неизбежных погрешностей из.готовления: неравномерности намагни- З5 чивания всех или части полюсов, изза разброса характеристик постоянных магнитов, в машинах с магнитозлектрическим возбуждением или неидентцчности обмоток возбуждения и сердечников 40 полюсов в машинах с электромагнитным возбуждением; микро- и макродефектов магнитопроводов; неидентичности величины и формы воздушного зазора под различными полюсами и т.п, В общем 45 случае распределейие магнитного поля по окружности многополюсной машины может быть представлено в виде циклической диаграммы, показанной на фиг. 5а. При вращении якоря с 50 закрепленными на нем катушками 1-21 в них будут наводиться ЭДС,мгновенная величина которых при стабильньй частоте вращения определяется величиной и формой поля, формой и распо- 55 ложением катушек на якоре, числом витков в катушках и магнитной проницаемости участка якоря, охватываемого катушкой. Так клк н рслnh . îè якоре все катушки имеют те или иные отклонения формы, абсолютно равномерное их распределение по окружности практически невозможно, а также имеется ряд других погрешностей изготовления якоря и монтажа его в индукторе, то формы ЭДС всех катушек становятся неидентичными, кроме того, фазовые сдвиги между ЭДС катушек перестают быть равными углу

27 {1 - 1)

Я где i=1» 3 ... S (см. 5в), на котором расположение осей катушек на окружности якоря условно показано треугольниками.

Образование секции путем последовательного соединения и катушек, распределенных в пространстве и находящихся под различными полюсами индуктора, обеспечивает суммирование ЭДС этих катушек, что приводит к уменьшению влияния технологических погрешностей изготовления якоря и индуктора на форму и фазовые сдвиги

ЭДС секций, состоящих из этих катушек. Так, например, ЭДС секции якоря, состоящей из катушек 1, 10 и 19, конструкция и схема которого показаны на фиг. 1 и 2, а расположение катушек соответствует фиг. 5в, будет иметь вид, показанный на фиг. 5г.

Из фиг. 5 видно, что разность амплитуд ЭДС секции примерно в два раза меньше разности амплитуд ЭДС катушек, из которых состоит эта секция.

Негативным свойством первого варианта конструкции якоря является некоторое снижение ЭДС якоря за счет уменьшения коэффициента распределения обмотки, величина которого определяется по соотношению

S 2

sin — — Я к и sin

Для данного примера К = 0,97, т.е. предлагаемая конструкция проигрывает прототипу 37. по использованию активных материалов. В этой связи для гервого варианта конструкции якоря не рекомендуется принимать и большим 4-5.

Указанного недостатка лишены якоря, выполненные по второй схеме, так как в этом случае Kp = 1. Однако эти якоря более трудоемки в изготовлении

1176424 ввиду необходимости смещения слоев якоря на угол К<.

Замена якоря базовой конструкции на якорь, выполненный по первой конструктивной схеме с числом слоев и =

= 3, обеспечивает следующие выходные характеристики: крутизна выходного напряжения 21,5 В/рад/с; общий уровень пульсаций 0,97; низкочастотная пульсация выходного напряжения 0,4Х, Число секций, пластин коллектора и число проводников в обмотке якоря сохраняется так же, .как у базового якоря.

Т а б л и ц а

Номера начал (Н) и концов (К) катушек, Номер секции подсоединяемых к коллектору соединяемых между собой для образования секций

Н10-Н19

Н1 1-Н20

Н1, К19

Н2, К20

Н12-Н21

НЗ, К21

Н13-Н15

Н14-Н16

Н8-Н17

Н9-Н18

Н4, К15

К16

Н5

К17

Нб, К7-К9, Н7, К18

Таблица 2

Номера начал (Н) и концов (К) катушек, Номер секции соединяемых между собой для подсоединяемых к коллектору образования секций

Кi Í9, К9-Н17

К2-Н10, К10-Н18

КЗ-Н11, К11-Н19

К4-Н12, К12-Н20

К5-Н13, К13-Н21

К6-Н14, К14-Н15

К7-Н8, К8-Н16

Н1

К17

К18

Н2, НЗ, К19

Н4, К20

Н5, К21

Н6, К15

Н7, К16

К1-К10, К2-К11,.

К3-К12, К4-К13, К5-К14, К6-К8, Таким образом, использование изоб.ретения обеспечивает снижение общего уровня пульсаций в 4 раза, а йизкочастотных пульсаций в 7,5 ра— за, одновременно отмечается умень-. шение крутизны выходного напря— жения на 2Х.

10 При использовании второго варианта конструкции якоря изменение крутизны выходного напряжения не обнаружено, общий уровень пульсаций снизился в 3 5 раза, а низкочастотных

15 пульсаций в 7 раз.

Фиг. 7

ZJ7

1 СЯ00

Я с ой

3 с802

117642

Щ бй3юуаи®

1176424

1176424

Фиг. 3

1176424

1176424 е, Яиъ

Составитель С. Шутова

Редактор О. Колесникова Техред М.Пароцай

Корректор А. Тяско

Заказ 5373/53 Тираж 646

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.- Проектная, 4

8

15 г S S S 7 Ю

3 1О 11 12 0 10

1б 17 16 !Я 20 21