Многополюсная электрическая машина постоянного тока

 

Изобретение относится к электромашиностроению . Пелью изобретения является расширение области применения и упрощение конструкции. Машина по стоянного тока состоит из индуктора с полюсами чередующейся полярности, якоря, обмотка которого выполнена из спирально навитых и равномерно распо7 ложенных по его окружности секций.Секции соединены между собой с шагом1 sn + 1 у перемычками. Коллектор состоит из К p-t пластин. Число секций обмотки якоря s q-t выбрано таким, что имеется хотя бы два делителя, не равных единице. Коллекторные перемычки объединяют пластины коллектора в группы по р коллекторных пластин в каждой группе. Перемычки установлены так, что каждая из них -ч соединяет пластины 1К-204К,смещенные одна относительно другой на t последовательно расположенных пластин и разнополярных щеток. 5 табл, 3 ил. § СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (Я)5 Н 02 К 26 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К Д BT0PCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4652886/07 (22) 20.02.89 (46) 3.0.01.91. Нюл. К - 4 (71) Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола (72) В.JI.Çàâãîðîäíèé, A.F..Êîâàëåíêî и В.И.Черников (53) 621.313 ° 2(088.8). (56) Патент США лр 4315178, кл.310-154, 1982.

Авторское свидетельство СССР

N - 1121750, кл. Н О? К 13! 14,,1984. (54) МНОГОПОЛ1ОСНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МА-

ШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электромашиностроению. Пелью изобретения является расширение области применения и упрощение конструкции. Машина постоянного тока состоит из индуктора с

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в моментных двигателях дисковой и цилиндрической конструкции инфранизких частот вращения, а также в тахогенераторах аналогичной конструкции.

11елью изобретения является расширение области применения электрической машины и упрощение ее конструкции.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемой многополюсной машины постоянного тока с числом полюсов р = 17 и числом секций s = 24, на которой показано соединение части

ÄÄSUÄÄ 1624615 А 1

2 полюсами чередующейся полярности, якоря, обмотка которого выполнена из спирально навитых и равномерно распо-, ложенных по его окружности секций. Секции соединены между собой с шагом зп «+1 у = перемычками. Коллектор

Р состоит из К = р t пластин. Число секций обмотки якоря s = q ° t выбрано таким, что имеется хотя бы два делителя, не равных единице. Коллекторные перемычки объединяют пластины коллектора в группы по р коллекторных пластин в каждой группе. Перемычки установлены так, что каждая из них соединяет пластины IK-204K,смещенные одна относительно другой на t последовательно расположеHHblx пластин и разнополярных щеток. 5 табл, 3 ил. секций между собой перемычками, подсо Ю единение перемычек к коллектору и со- рМ единение коллекторных пластин в группы при помощи коллекторньгх перемы ек для случая, когда делители числа

2; t = 12 и К = р ° t = 17 ° 12 = 204; на фиг. 2 — электрическая схема машины по фиг. 1 (для удобства чтения схемы пластины коллектора, входящие в одну группу и соединенные одна с другой коллекторными перемычками, размещены в одну строку, а не в действительном порядке их расположения по коллектору); на фиг. 3 пример выйолнения электрической схемы машины с теми же числами р = 17

1624615 и s = 24, но q = 3; t = 8 и К = t.р =

8 ° 17 = 136, Многополюсная электрическая машина постоянного тока состоит из индуктора с 2р = 34 полюсами 1 чередующейся полярности, обозначенной индексами N и Я, якоря 2, обмотка которого выполнена из спирально навитых и равномерно расположенных по ( его окружности секций 3, обозначенных на фиг. 1, 2 и 3 номерами 1с-24с при этом номера 1с-24с присвоены секциям 3 в порядке их расположения по окружности якоря 2, начиная с любой произвольно взятой, секции 3 соединены между собой с шагом у =

sn+1 перемычками 4, обозначенР ными на фиг. 1,2 и 3 номерами 1-24, причем номер перемычки 4 соответствует номеру секции 3, к началу которой она подсоединена, коллектора 5, состоящего из К = р t пластин, .которым на фиг. 1 и 2 присвоены номера 1К-204К, а на фиг. 3 — 1К-136К,: при этом номера присвоены пластинам коллектора 5 в порядке их расположения по расточке коллектора 5 при обходе в том же направлении; что и при нумерации секций 3 якоря 2, начиная с произвольной пластины коллектора 5, коллекторных перемычек 6, объединяющих пластины коллектора 5 в групп по р коллекторных пластин в каждой группе, при этом коллекторные перемычки 6 установлены так, что каждая из них соединяет пластины

1К-204К на фиг. 1 и " (1К-136К фйг.3), смещенные одна относительно другой на t последовательно расположенных пластин, например, как показано на фиг.1, коллекторные перемычки 6 соединяют пластины 13К и 25К (25. - 13 = 12 = t), 37К, 49К и т.д., и разнополярных щеток 7 и R.

Обязательным для реализации предлагаемой конструкции электрической машины является выполнение условия выбора числа секций si якоря 2 таким, чтобы оно имело как минимум два делителя о и t, не равных единице, и s = q ° t, при этом число пар полюсов 1 индуктора не имеет дели- телями числа q u t. На фиг.1 показана машина, имеющая,р = 17 и s = 24,.

5 которая может быть реализована в исполнениях, приведенных в табл.1.

Таблица 1, Дели- Исполнение

1 I(° Т )

2 3 4 - 6 8

12 8 6 . 4 3 I5

В зависимости от принятого исполнения коллектор 5 имеет различное число пластин: в первом исполнении

К = р ° t = 17 ° 12 = 204, во втором-К =

20 = 17 ° 8 = 136, в третьем — К = 17 6

102, в четвертом — К = 17 4 = 68, в пятом — К =. 17 ° 3 = 51. Пластины с помощью коллекторых перемычек 6 объединены в t групп, которым присвоены номера 1 определяемые по наимень) шим номерам пластин, входящих в данную группу.

Принадлежность пластины с номером

1 к группе пластин с номером ) опре30 деляется следующим образом: = 1 + .F„(1, ).

Например, для машины, изображенной на фиг. 1 и 2 (t = 12) пластина с номером 1 -" 38K входит в группу с номером

1+ 12Р„() = 1 + 12Г З вЂ” — =

1+1=2

1 а пластина с номером 1 = 102К вЂ” в группу с номером

1=1 + 12F (2 ) = 1 + 12Рг(8 2

102-1

1+5= 6;

Для машины, у которой К = 204

5р (й = 12) (исполнение 1), группы об,разуются пластинами 1 = 1K-204Ê коллектора 5, приведенными в табл 2 (группы коллекторных пластин для схемы обмотки, показанной на фиг.1 и 2).

t6?4615

Таблица 2

Группа с номером 1

Коллскторные пластины с номерами 1

1 13 25 37 49 61

2 14 . 26 38 50 62 3 15 27 39 51 63

4 16 28 40 52 64 . 5 17 29 41 -53 65

6 18 .30 42 54 66

7 19 31 43 55 67

8 20 . 32 44 56 68

9 21 33 45 57 69

10 2? 34 46 58 70 11 23 35 47 59 71

12 24 36 48 60 72

2

/ 4

6

8

11

145 157 169

146 158 170

147 159 171

148 160 172

149 161 173

150 162 174

151 163 175

152 164 176

153 165 1.7?

154 166 178

155 167 179

156 168 180

73 85 97 109

74 86 98 110

75 87 99 111

76 88 100 112

77 89 1О1 113

78 90 102 1.!4

79 91 103 115

80 92 104 116

81 93 105 117

82 94 106 118

83 95 107 119

84 .96 108 120

П р и и е ч а н и е: Буквенные индексы К у номеров пластин опущены.

Для машины по Ьиг.3, У которои К = пластинами 1 = 1К-136К, приведенными — 136 (t = 8), группы образуются 20 в табл.3.

Таблица 3

Группа с номером ) Коллекторные пластины с номером ь

89 97 105 113 121 129

90 98 106 114 122 130

91 99 107 115 123 131

92 100 108 116 124 132

93 10 I 109 117 125 133

94 102 110 118 126 t 34

95 103 111 119 127 135

96 104 t12 120 128 136

65 73 81

66 74 82

67 75 83

68 76 84

69 7" 85

70 78 86

71 79 87

72 80 38

1 9 17 25 33 41 49 57

2 10 18 26 34 42 50 58

3 11 19 27 35 43 51 59

4 2 20 28 36 44 52 60

3 13 21 ?9 37 45 53 61

6 14 22 30 38 46 54 62

7 15 23 31 39 47 55 63

8 16 24 32 40 48 56 64

2

4

6

Секции 1с-24с обмотки якоря 2 под ключены к коллектору 5 следующим об!

35 коллекторных пластин с номером

= 4 подключена перемычка с номером

+ - 4F ( (4 — 1) 7

) =

12

40 = 1+24F„(1. ) = 1 + 18 = 19, 3 т.е. перемычка, которая соединяет начало секции с номером 19 и конец ! с номером i = i — у+К, s = !9 -7=

=12 (К = О, т. к. i ) y), для маши45 ны по схеме 3 к группе коллекторных пластин с номером = 4 подключена перемычка с номером.(4 — 1)7 — 1 + 24Fr — )

1 +24F (?-) = 1+15 = 16

5 .г

50 т. е. перемычка, которая соединяет начало секции с номером 1бс и конец секции с номером 9с.

Для машины по схеме на Лиг. 1 и (исполнение .1) порядок подсоединения групп коллекторных пластин к перемычкам 4 приведен в табл.4. разом.

Секции соединены между собой перемычками 4, выполненными с шагом зп+ .. 24 ° 5 ° 1 119 у = = = — = 7 р 17 17 (число и принято равным 5, так как является наименьшим числом, обеспечивающим вьгполнение условия, что у должно быть целым числом), т.е. —конец первой секции соединен перемычкой 8 - с HR RJloM восьмой секции, конец восьмой секции соединен перемычкой 15 с началом пятнадцатой секции и т.p., при установке всех s перемычек обмотка якоря получается замкнутой, а соответствующие перемычки подключаются к группам колчекторных пластин по алгоритму (4 -1)

i=! +sF( ъ . ° ч)

Например, для машины, схемы которой показаны на Лиг. 1 и 2, к группе

121 133

122 134

123 135

124 136

125 137

126 138

127 139

128 140

129 141

130 142

131 143

132 144

181 193

182 194

183 195

184 196

185 197

186 198

187 199

188 200

189 201

190 202

191 203

f92 204

1624615

Таблица 4

Номера секций, соединенных перемычками с но- 5 мером i

Номер перемычки

Номера групп коллекНачало секции

Конец секции i

° I

10 торных пластин няются аналогично описанному выше.

При подаче напряжения на щетки 7 и 8 машины, схемы которой показаны на .фиг.1 и 2, ток пойдет по следующей цепи: щетка 7, пластины коллектора, входящие в первую группу (1К, 13К, 193К), две параллельные ветви обмотки, первая из которых состоит из секций 3 с номерами i = 1с,3с, 15с, 22с, 5с, 12с, 19с, 2с, 9с, 16с, 73с, бс, а вторая — из секций с номерами

18с, 11с, 4с, 21с, 14с, 7с, 24с, 17с, 10с, Зс, 20с, 13с, седьмая группа коллекторных пластин (коллекторные пластины с номерами 7К, 19К, 31K...

ij 99K), щетки 8.

Ток, проходящий по параллельным ветвям обмотки, взаимодействует с магнитным потоком полюсов индуктора

1, в результате чего под действием электромагнитного момента якорь 2 . приходит во вращение.При повороте якоря 2 в направлении, показанном на фиг. 1 и

2 стрелками, структура параллельных ветвей изменяется. Секции с номерами

1с и 8с закорачиваются щеткой 7, а секции .20с и 13с — щеткой 8 (указанные секции находятся в режиме коммутации)..При повороте якоря .2 на одно коллекторное деление параллельные ветви состоят из секций 3 с номерами: первая — 15c,. 22ñ, 5с, 12с, 19с, 2с, 9с, 16с, 23с, бс, 13с, 20с, а вторая — Яс, ic, 18с, 11с, 4с, 21с, 14с, 7с, 24с, 17с, 10с, Зс. В дальнейшем указанный процесс циклически повторяется.

При выполнении машины по схеме

5 1 фиг.3 ток протекает по тем же параллельным ветвям, однако каждая из щеток 7 и 8 коммутирует одновременно не

2, а 3 секции.

Функционирование предлагаемой многополюсной электрической машины в качестве электрической машины постоянного тока обеспечивается тем, что при указанном соединении секций между собой и подключении перемычек к кол1

5

19, 9

13

-7 I

11

22

12 15

20.10 20

14

2

4

6

8

9 .10

11

15

23

17

11

30

Таблица

Ч

Номера групп коллекНомера секций, соеди- 35 ненных перемычками с номером

Номера перемычек торных пластин

Конец секции i 40

Начало секции 1

22

1 с

16

13/

7/

18

12

6

24

1

22

19

16

13

1

3

5

7

На фиг.1-3 приведены электрические схемы предлагаемой машины для случая, когда в нйх установлена одна пара разнополярных щеток 7 и 8 ° Макси55 мальное число дополнительных пар щеток равно р = 1 и определяется количеством однопотенциальных пластин коллектора в группе. Необходимость

П р и м е ч а н и е. Индексы "с" у номеров секций опущены.

Для машины по схеме фиг.3 (исполнение 2) порядок подсоединения групп коллекторных пластин и перемычек 4 приведен в табл.5. установки дополнительных пар щеток определяется исходя из условия обеспечения заданной плотности тока под щетками или из условия повышения надежности машины путем резервирования щеток 7 и 8.

Схемы соединения секций, подключения перемычек к группам коллекторных пластин и формирования групп для остальных исполнений (3-5) выпол162461 лектору на пластинах коллектора при вращении якоря в магнитном поле полюcozz индуктора возникает стоячая волна электрического потенциала. Действительно, потенциал начала i-й сек5 ции определяется разовым фактором ее углового положения

2и

Q = — p(i — 1), !

Формула изобретения

Многополюсная электрическая машина постоянного тока, содержащая индуктор с 2р, полюсами чередующейся полярности и якорь с замкнутой обмоткой, состоящей из s равномерно расположенных по расточке якоря секций, соединенных яп11

;,между собой с шагом у— .20 р перемычками, при этом число s не имеет с числом р общих делителей, коллектор, пластины которого с помощью токопроводящих перемычек объединены в

25 группы, и установленные по геометрическим нейтралям щетки, о т л и ч à lO щ а я с я тем, что, с целью расширения области:применения и упрощения конструкции, число секций обмотки якоря s - =q t выбрано таким образом, что имеется,хотя бы два делителя °

g и t> не равных единице, число коллекторных пластин К удовлетворяет условию К = р t, токопроводящие пе35 ремычки по коллектору выполнены с шагом, равный числу t группа коллекторных пластин с номером 1 подсоединена к перемычке, соединяющей начало секции с номером i

)= 3: г

4: И = —, 17(19-1) 4 — 1+sF (— ) (4 — 1) у

° I

-у+К s, 45 у Ф где и — наименьшее число, обеспечивающее условие, число у равно целому положительному числу, g„t — делители числа s не равны единице;

F> — оператор выделения дробной части смешанной дроби;

1,2,3,...,я — номера секций в порядке их расположения по расточке якоря, начиная с

1= произвольно взятой;

1,2,3,...,t — номера групп пластин коллектора, опредеяп+ 1

При шаге соединения у =

Р между собой соединяются секции, имеющие минимальную разность фазовых факгоров для данной системы

2в sn+ 1 2п 2п

Ц= р ° = = — (sn+1) = +

s p я s

При этом потенциал групп коллекторных пластин для машины по схемам фиг.1 и 2 (в соответствии с табл.4) определяется фазовыми факторами: — У,= — ° 17(1-1) =- О

2о

24 лП

2: С = 17(15 — 1)

2 12 6 г

С = 17(5-1)

12 Э (I 2н — 5: (и = —, ° 17 (9-1)

/Ъ и = 6: (P = — 17(23-1) ь — И

6 12

12: (= — 17 (11-1)

11 и

12 6 что свидетельствует о наличии синусоидальной волны на коллекторе.

За счет установки перемычек по коллектору с шагом t потенциальная волна. дублируется р раз.При установ-, ке щеток по геометрическим нейтралям между щетками возникает постоянная

ЭДС якоря, а коллектор функционирует в качестве выпрямителя-инвертора, обеспечивая 2р переключений секций за один оборот якоря.

Предлагаемая машина, изготовленная из тех же элементов, что и известная, расширяет область применения известной конструкции на машины с числом р, не удовлетворяющим условию р = m d, а

5 1О следовательно, может быть выполнена при числах р, определяемых методами оптимального проектирования. Кроме того, полная симметрия структуры ветвей у предлагаемой машины имеет место уже при одной паре щеток, а не при d парах,как в известной мап|ине,что привоДИт к упрощению ее конструкции.. / и конец секции — с номером i

1624615

1с фог. 1

11 ляемые по няименьБюму НАМе ру пластины коллектора ич пластин, входящих в даннув группу с номерами

) i + t(P,(„ )); — 1,2 3 —,...,р — номера пластин

l2 коллектора в порядке их расположения по расточке коллектора при обходе в том же направлении, что и при нумерации секций якоря;

О при i>y, 1 при i y.! 62401 5 ф 8. 2

1624o1э

Фиг.д ф

Составитель С.Шутова

Редактор А.11аковская Техред М.Дидык К орректор Т.Палий

Заказ 199 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета тета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "П атент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101