Электрическая машина с дробной зубцовой обмоткой
Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения электрических машин, преимущественно, электродвигателей постоянного тока, с дробной зубцовой зоной. Сущность изобретения состоит в том, что предлагаемая электрическая машина (10) содержит, по меньшей мере, восемь расположенных в статоре (11) полюсов (Р) возбуждения и коллекторный ротор (13) с полюсными зубцами (Z), число которых отличается от числа полюсов возбуждения, причем на полюсных зубцах расположено, по меньшей мере, по одной секции (S) обмотки, концы которой соединены с коллекторными пластинами (L), которые попарно электрически соединены друг с другом контактными перемычками (К), снабжаются электроэнергией через угольные щетки (В) и число которых кратно числу полюсных зубцов. При этом, согласно настоящему изобретению, в данной электрической машине указанное число коллекторных пластин (L) кратно половине числа пар полюсов (Р) возбуждения, но не кратно числу пар полюсов, которое является четным. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в снижении пульсаций крутящего момента и шумности электрической машины при одновременном уменьшении габаритов и снижении трудоемкости ее изготовления. 9 з.п. ф-лы, 9 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к электрической машине, преимущественно к электродвигателю постоянного тока, согласно ограничительной части независимого п.1 формулы изобретения.
Уровень техники
Для электродвигателей постоянного тока с высокими крутящими моментами и низкими частотами вращения предпочтительно выбирать высокие значения числа полюсов. Кроме того, применение дробной зубцовой обмотки (с секциями обмотки на отдельных зубцах) позволяет достигать высоких значений удельной мощности, соответственно удельного крутящего момента. С целью обеспечения малых пульсаций крутящего момента число зубцов необходимо выбирать по возможности таким образом, чтобы наименьшее общее кратное числа полюсов и числа зубцов было максимально большим, вследствие чего между зубцами и полюсами в расчете на один оборот возникает множество мест различных магнитных разрывов. Полученное таким образом наименьшее общее кратное, например, для электрической машины постоянного тока с восьмиполюсным статором и коллекторным ротором с одиннадцатью зубцами, равно 88. При этом с целью минимизации габаритов и трудоемкости изготовления электрической машины число коллекторных пластин необходимо задавать как можно меньшим.
Из WO 02/21665 A2 известно использование кратного числа полюсов для определения числа коллекторных пластин. Помимо этого из данной публикации также известно решение, согласно которому для сокращения числа щеток, например, до двух угольных щеток, коллекторные пластины соединяются друг с другом через заданные промежутки контактными перемычками. Однако недостаток подобных известных решений заключается в наличии относительно большого числа коллекторных пластин, обусловливающих значительные габариты электрической машины и значительную трудоемкость ее изготовления.
При условии, если число коллекторных пластин представляет собой кратное числа пар полюсов и числа пазов, возбуждаются пульсации развиваемого усилия и крутящего момента одинаковых порядков из-за влияния магнитного сопротивления и электрической коммутации. Эти пульсации приводят, в частности, к повышению шумности электрической машины.
Раскрытие изобретения
Предлагаемое в изобретении решение позволяет при обеспечении как можно меньших пульсаций крутящего момента электрической машины сократить число коллекторных пластин ниже известной величины.
У электрических машин с отличительными признаками п.1 формулы изобретения таким образом предпочтительно достигается максимальное снижение пульсаций крутящего момента за счет целесообразной комбинации числа полюсов, числа зубцов и числа коллекторных пластин. Другое преимущество изобретения состоит в том, что таким путем становится возможным за счет коллектора компактной конструкции свести к минимуму габариты и трудоемкость изготовления электрической машины. Кроме того, тем самым достигается снижение ее шумности.
Различные предпочтительные варианты выполнения заявленной в независимом пункте формулы изобретения электрической машины приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Так, лучшая коммутация обмоток обеспечивается благодаря тому, что коллектор имеет две положительные, а также две отрицательные щетки, которые в каждом случае смещены относительно друг друга на величину, большую кратного всей ширины коллекторной пластины на половину ее ширины. Тем самым гарантируется коммутация под обеими положительными щетками, соответственно отрицательными щетками всегда в противофазе в отличие от известных решений, предусматривающих смещение щеток на целое кратное ширины коллекторной пластины.
При этом в зависимости от числа коллекторных пластин становятся возможными различные решения. Так, в частности, при четном числе пластин коллектора две положительные щетки, а также две отрицательные щетки предпочтительно смещены относительно друг друга на величину, в каждом случае вдвое большую полюсного деления обмотки возбуждения, а при нечетном числе коллекторных пластин две положительные щетки, а также две отрицательные щетки коллектора смещены относительно друг друга на 180°. Кроме того, оптимальная коммутация в электрической машине достигается благодаря тому, что одна из отрицательных щеток смещена относительно одной из положительных щеток на величину, втрое большую полюсного деления (в направлении вращения ротора машины). Дополнительная оптимизация коммутации обеспечивается благодаря тому, что пластины коллектора, смещенные относительно друг друга на величину, вчетверо большую полюсного деления, в каждом случае соединены друг с другом контактными перемычками.
Особая простота выполнения обмоток и контактных перемычек достигается при использовании намоточных автоматов благодаря тому, что обмотки полюсных зубцов и контактные перемычки коллектора намотаны с использованием одного обмоточного провода. Подобные электрические машины находят широкое применение, предпочтительно на транспортных средствах. В качестве предпочтительного варианта выполнения электродвигателя для прямого привода стеклоочистителя в изобретении предлагается в том числе электрическая машина, имеющая коллекторный ротор с восемью полюсными зубцами и, соответственно, пазами, а также двадцатью двумя коллекторными пластинами и восьмиполюсным статором.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - схематичный вид спереди выполненной по первому варианту предлагаемой в изобретении электрической машины,
на фиг.2 - таблица обмотки для обмоток и контактных перемычек машины, выполняемых намоточными автоматами,
на фиг.3а - схематичный вид в развертке показанной на фиг.1 машины с первыми тремя обмотками и контактными перемычками коллекторного ротора,
на фиг.3б, 3в и 3г - схематичные виды, иллюстрирующие процесс выполнения роторной обмотки согласно показанной на фиг.2 таблице обмотки для обмоток и контактных перемычек 4-6, 7-9, а также 10 и 11,
на фиг.4 - схематичный вид выполненной по следующему варианту восьмиполюсной машины с 9 зубцами и 18 коллекторными пластинами,
на фиг.5 - таблица обмотки, относящаяся к восьмиполюсной машине,
на фиг.6 - схематичный вид в развертке показанной на фиг.4 машины с обеими первыми обмотками и контактными перемычками согласно показанной на фиг.5 таблице обмотки,
на фиг.7 - схематичный вид выполненной по третьему варианту двенадцатиполюсной электрической машины с 11 зубцами и 33 коллекторными пластинами,
на фиг.8 - таблица обмотки, относящаяся к двенадцатиполюсной машине,
и
на фиг.9 - схематичный вид в соответствующей развертке показанной на фиг.7 машины с первыми тремя выполненными согласно представленной на фиг.8 таблице обмотки обмотками и 6 контактными перемычками.
Осуществление изобретения
На фиг.1 схематично в виде спереди показан и обозначен позицией 10 выполненный по первому варианту восьмиполюсный электродвигатель постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов, представляющий собой электрическую машину. Подобные машины используются в транспортных средствах предпочтительно для сервоприводов, вентиляторов, стеклоочистителей и т.д. и должны надежно функционировать при высоких нагрузках по возможности в течение всего срока службы транспортного средства. К другим требованиям, предъявляемым к подобным электродвигателям, относятся как можно меньшие пульсации развиваемого усилия и крутящего момента, а также как можно меньшая шумность. Электродвигатель 10 постоянного тока имеет восьмиполюсный статор 11, который через рабочий воздушный зазор 12 взаимодействует с коллекторным ротором 13, который далее называется как ротор. Ротор 13 состоит из шихтованного пакета (сердечника) 14, закрепленного на опертом с обеих сторон валу 15 ротора. По окружности шихтованного пакета 14 расположено одиннадцать равномерно распределенных выступов или полюсных зубцов Z, между которыми расположены соответственно пазы N для помещения в них в общей сложности одиннадцати секций S обмотки 17 ротора. При этом секции S обмотки выполнены намоточными автоматами как дробные зубцовые обмотки в расчете на один полюсный зубец Z. При этом они особым образом соединяются с коллектором 16, расположенным на валу 15 ротора с передней торцовой стороны шихтованного пакета 14. Коллектор имеет 22 коллекторные пластины L, равномерно распределенные по окружности и взаимодействующие соответственно с двумя неподвижными положительными угольными щетками B+ и двумя неподвижными отрицательными угольными щетками B-. Они смещены относительно друг друга соответственно на 90° и для обеспечения работы электрической машины снабжаются постоянным током. При этом одиннадцать полюсных зубцов Z ротора 13 взаимодействуют с восемью полюсами возбуждения статора 11. С целью обеспечения как можно меньших пульсаций крутящего момента электрической машины число полюсных зубцов задается не равным числу полюсов возбуждения. Помимо этого в данном случае число коллекторных пластин L вдвое превышает число полюсных зубцов.
Кроме того, для обеспечения оптимального магнитного сопротивления и оптимальной электрической коммутации машины число коллекторных пластин L должно быть кратным половины числа пар полюсов P возбуждения, но не кратным самого числа пар полюсов. Помимо этого число пар полюсов должно быть четным числом. Эти условия соблюдаются в отношении показанного на фиг.1 электродвигателя 10 постоянного тока с числом p пар полюсов, равным 4, и с числом коллекторных пластин, равным 22. Кроме того, коммутация машины оптимизируется благодаря тому, что две положительные щетки B+, а также две отрицательные щетки В- смещены относительно друг друга на величину, на половину ширины коллекторной пластины большую кратного всей ее ширины b. Тем самым всегда, когда одна из положительных щеток или отрицательных щеток оказывается посередине на коллекторной пластине L, другая положительная щетка или, соответственно, отрицательная щетка гарантированно перекрывает две соседние коллекторные пластины L. Помимо этого для обеспечения оптимального магнитного сопротивления при четном числе пластин коллектора 16 две положительные щетки B+, а также две отрицательные щетки В- должны быть смещены относительно друг друга соответственно на удвоенную величину полюсного деления (шага) Pt полюсов Р возбуждения. Результатом выполнения этого условия применительно к показанному на фиг.1 восьмиполюсному электродвигателю 10 постоянного тока является смещение щеток относительно друг друга на 90°. Кроме того, для достижения оптимальной коммутации одна из отрицательных щеток B- должна быть смещена относительно одной из положительных щеток B+ на величину, в три раза большую полюсного деления Pt, в направлении вращения ротора машины, обозначенном стрелкой D.
На фиг.2 показана таблица обмотки, согласно которой для электродвигателя 10 постоянного тока наматываются одиннадцать секций обмотки, с которыми соединяются двадцать две пластины L коллектора 16, а также одиннадцать контактных перемычек K. При этом данные таблицы обмотки отрабатываются намоточным автоматом, в котором соответственно попеременно наматываются секции S обмотки полюсных зубцов Z и выполняются контактные перемычки К из одного обмоточного провода.
На фиг.3а-3г схематично показаны четыре фрагмента в развертке представленного на фиг.1 электродвигателя 10 постоянного тока, которые используются для иллюстрации и со ссылкой на которые ниже более подробно рассматривается процесс выполнения секций S обмотки и контактных перемычек К в соответствии с обмоточными данными, представленными в соответствующей таблице на фиг.2. На указанных развертках представлен восьмиполюсный статор 11 с полюсами P1-Р8, одиннадцать полюсных зубцов Z1-Z11, пазы N1-N11 и коллектор 16 с коллекторными пластинами L1-L22.
На фиг.3а схематично показан первый фрагмент, иллюстрирующий процесс изготовления обмотки 17 ротора с секциями S1-S3 и контактными перемычками K1-K3. Начало 18а обмотки выбирается свободно и в данном случае относится к коллекторной пластине L1. Далее равным образом свободно выбираемую привязку коллекторных пластин L к полюсным зубцам Z задают таким образом, чтобы первый полюсный зубец Z1 располагался точно на уровне паза коллекторных пластин между коллекторными пластинами L1 и L22 коллектора 16. В результате согласно фиг.3а это положение должно иметь на окружности угловое положение φ=0°. Помимо этого в этом положении первый северный магнитный полюс Р1 статора 11 находится посередине над полюсным зубцом Z1. В том случае, когда первая положительная щетка B+ перекрывает коллекторные пластины L22 и L1, вторая положительная щетка B+ смещена на величину, равную удвоенной величине полюсного деления 2Pt, т.е. на 90° относительно первой щетки в направлении поворота по стрелке D и располагается посередине на коллекторной пластине L6. Первая отрицательная щетка B- расположена со смещением относительно первой положительной щетки B+ на три полюсных деления 3Pt, или на угол 135°, в направлении вращения по стрелке D и располагается на коллекторной пластине L9. Вторая отрицательная щетка В- в свою очередь смещена относительно этого положения на 90° и располагается на коллекторных пластинах L14 и L15. Тем самым смещение положительных щеток, а также отрицательных щеток составляет соответственно величину, в пять с половиной раз превышающую ширину (5, 5b) коллекторной пластины.
Намоточный автомат построчно отрабатывает данные показанной на фиг.2 таблицы обмотки, при этом секции S1-S11 обмотки и контактные перемычки K1-K1 1 наматываются последовательно и соответственно соединяются с функционально связанными с ними коллекторными пластинами L коллектора 16. Для большей наглядности на фиг.3а-3г пронумерованы пазы N, а также коллекторные пластины L. Представленные повторно на развертках обмотки обозначены соответственно на правой части фиг.3а-3г штриховыми линиями.
Ниже более подробно представлена последовательность стадий процесса намотки обмоток и выполнения контактных перемычек.
Как показано на фиг.3а, начиная с секции S1 обмотки, обмоточный провод 18 сначала крепят к коллекторной пластине L1, затем начало секции S1 обмотки прокладывают через паз N6, после чего наматывают восемьдесят восемь витков на полюсный зубец Z7, чтобы после этого закрепить конец обмотки через паз N7 на коллекторной пластине L2. Вслед за этим без разрезания обмоточного провода прокладывают первую контактную перемычку K1 от коллекторной пластины L2 к коллекторной пластине L13. От этой пластины начало секции S2 обмотки прокладывают через паз N1, наматывают эту секцию обмотки, включающую восемьдесят восемь витков, на зубец Z2 и конец пропускают через паз N2 к коллекторной пластине L14. Далее от этого места прокладывают контактную перемычку K2 к коллекторной пластине L3. От нее прокладывают начало секции S3 обмотки через паз N7, секцию обмотки наматывают на зубец Z8 и конец прокладывают через паз N8 к коллекторной пластине L4. От нее обмоточный провод прокладывают так, как это показано уже на фиг.3б.
Как показано на фиг.3б, контактную перемычку К3 прокладывают от коллекторной пластины L4 к коллекторной пластине L15. При этом, как показано на фиг.3б, контактные перемычки К соединяют друг с другом смещенные относительно друг друга соответственно на 180° коллекторные пластины L коллектора 16, что соответствует в данном случае величине, в четыре раза превышающей полюсное деление 4Pt. Затем начало секции S4 обмотки прокладывают от коллекторной пластины L15 через паз N2, наматывают эту секцию обмотки, включающую восемьдесят восемь витков, вокруг зубца Z3 и конец пропускают через паз N3 к коллекторной пластине L16. Вслед за этим прокладывают контактную перемычку K4 от коллекторной пластины L16 к коллекторной пластине L5. От нее начало секции S5 обмотки прокладывают через паз N8, наматывают эту секцию обмотки на полюсный зубец Z9 и конец обмотки прокладывают через паз N9 к коллекторной пластине L6. Далее прокладывают контактную перемычку K5 от коллекторной пластины L6 к коллекторной пластине L17. После этого начало секции S6 обмотки прокладывают от коллекторной пластины L17 через паз N3, наматывают на полюсный зубец Z4 и конец прокладывают через паз N4 к коллекторной пластине LI8. От нее обмоточный провод 18 прокладывают так, как это уже показано на фиг.3в.
Как показано на фиг.3в, контактную перемычку К6 прокладывают от коллекторной пластины L18 к коллекторной пластине L7. Затем начало секции S7 обмотки прокладывают от коллекторной пластины L7 через паз N9, наматывают эту секцию обмотки на зубец Z10 и конец пропускают через паз N10 к коллекторной пластине L8. Вслед за этим прокладывают контактную перемычку K7 от коллекторной пластины L8 к коллекторной пластине L19. От нее начало секции S8 обмотки прокладывают через паз N4, наматывают эту секцию обмотки на зубец Z5 и конец прокладывают через паз N5 к коллекторной пластине L20. После этого прокладывают контактную перемычку K8 от коллекторной пластины L20 к коллекторной пластине L9. От нее начало секции S9 обмотки прокладывают через паз N10, наматывают эту секцию обмотки, включающую восемьдесят восемь витков, на полюсный зубец Z11 и конец обмотки прокладывают через паз N11 к коллекторной пластине L10. От нее обмоточный провод 18 прокладывают так, как это показано уже на фиг.3г.
Как показано на фиг.3г, от коллекторной пластины L10 контактную перемычку К9 прокладывают к коллекторной пластине L21. Затем начало секции S10 обмотки прокладывают от коллекторной пластины L21 через паз N5, наматывают эту секцию обмотки, включающую восемьдесят восемь витков, на зубец Z6 и конец обмотки прокладывают через паз N6 к коллекторной пластине L22. От нее прокладывают контактную перемычку K10 к коллекторной пластине L11. От нее начало секции S11 обмотки прокладывают через паз N11, наматывают эту секцию обмотки на зубец полюсный Z1 и конец обмотки прокладывают через паз N1 к коллекторной пластине L12. В завершение прокладывают еще контактную перемычку К11 от коллекторной пластины L12 к коллекторной пластине L1. После этого обмоточный провод 18 в конечном итоге отрезают и получают конец 18b обмотки 17 ротора.
На фиг.4 схематично показан выполненный по второму варианту электродвигатель 20 постоянного тока, имеющий статор 11 также с восемью полюсами Р. Однако согласно этому варианту коллекторный ротор 13 имеет лишь девять пазов N и, соответственно, полюсных зубцов Z, на которых намотано по одной секции S обмотки. В данном случае коллектор 16 имеет восемнадцать коллекторных пластин L и снабжается постоянным током соответственно через две положительные щетки B+ и две отрицательные щетки B-.
На фиг.5 показана таблица данных обмотки 17 ротора показанного на фиг.4 электродвигателя 20 постоянного тока.
На фиг.6 также схематично показана развертка представленного на фиг.4 электродвигателя 20 постоянного тока, которая используется для иллюстрации и со ссылкой на которую ниже более подробно рассматривается процесс выполнения и соединения секций S обмотки и контактных перемычек К применительно к первым четырем наматываемым секциям согласно представленной на фиг.5 таблице обмотки. При этом две положительные щетки B+ и две отрицательные щетки В- аналогичным образом, как и в первом варианте, смещены относительно друг друга соответственно на 90°, что для восьмиполюсного статора 11 соответствует удвоенному полюсному делению 2Pt. Первая отрицательная щетка B- и в этом случае смещена относительно первой положительной щетки B+ на 135°, соответственно на три полюсных деления.
Как следует из представленной на фиг.5 таблицы обмотки, необходимо последовательно и поочередно выполнять девять секций S обмотки и контактные перемычки K из одного обмоточного провода 18. Ниже более подробно представлена последовательность стадий процесса намотки обмоток и выполнения контактных перемычек.
Как показано на фиг.6, начиная с секции S1 обмотки, сначала на коллекторной пластине L1 закрепляют исходный конец 18а обмоточного провода 18, затем начало секции S1 обмотки прокладывают через паз N5, вслед за чем наматывают восемьдесят восемь витков на полюсный зубец Z6, чтобы после этого закрепить конец обмотки через паз N6 на коллекторной пластине L2. Далее, не разрезая обмоточный провод, прокладывают первую контактную перемычку K1 от коллекторной пластины L2 к коллекторной пластине LI 1. От нее начало секции S2 обмотки прокладывают через паз N1, наматывают эту секцию обмотки S2 на зубец Z2 и конец пропускают через паз N2 к коллекторной пластине L12. Вслед за этим от этого места прокладывают контактную перемычку K2 к коллекторной пластине L3. От нее обмоточный провод, как показано на развертке на фиг.6 с правой стороны, выводят к секции S3 обмотки. Как и в первом варианте, показанном на фиг.3а-3г, согласно второму варианту шаг за шагом также отрабатываются данные представленной на фиг.5 таблицы обмотки до тех пор, пока в конечном итоге обмоточный провод, образующий, последнюю контактную перемычку K10, не будет вновь подведен к коллекторной пластине L1 и отрезан около нее.
На фиг.7 схематично показан выполненный по третьему варианту электродвигатель 30 постоянного тока, двенадцатиполюсный статор 31 которого имеет двенадцать равномерно распределенных по окружности постоянных магнитов 32. Они образуют восемь полюсов с переменно чередующейся полярностью, которые взаимодействуют с ротором 33, который имеет одиннадцать пазов N и полюсных зубцов Z, на каждый из которых намотано по одной секции S обмотки. Одиннадцать секций S обмотки соединены с коллектором 36, по окружности которого расположены тридцать три коллекторные пластины L. Для снабжения электропитанием электрической машины коллекторные пластины L взаимодействуют с двумя положительными щетками B+ и двумя отрицательными щетками B-. В отличие от двух первых вариантов в этом варианте коллектор 36 имеет нечетное число коллекторных пластин. Благодаря этому для обеспечения оптимальной коммутации две положительные щетки B+, а также две отрицательные щетки B- можно смещать относительно друг друга соответственно на 180°. При этом отрицательные щетки B- смещены относительно положительных щеток B+ соответственно на 90°.
На фиг.8 представлена таблица обмотки, согласно которой намоточный автомат может наматывать одиннадцать секций S обмотки и выполнять двадцать две контактные перемычки K. При этом в отличие от предыдущих вариантов после каждой обмотки последовательно выполняют две контактные перемычки K, прежде чем будет намотана следующая обмотка. В этом варианте все секции S обмотки и контактные перемычки К можно выполнять с использованием одного обмоточного провода.
На фиг.9 схематично в развертке показан электродвигатель 30 постоянного тока, имеющий двенадцатиполюсный статор 31, ротор 33 и коллектор 36 ротора. С учетом данных обмотки в представленной на фиг.8 таблице и со ссылкой на фиг.9 ниже более подробно рассматриваются процесс изготовления и расположение первых трех секций S обмотки и первых шести контактных перемычек K. Ниже более подробно представлена последовательность стадий процесса намотки обмоток и выполнения контактных перемычек.
Сначала обмоточный провод 18 крепят к коллекторной пластине L1 в точке 18а, затем начало секции S1 обмотки прокладывают через паз N4, после чего наматывают восемьдесят восемь витков на полюсный зубец Z5, чтобы далее закрепить конец обмотки через паз N5 на коллекторной пластине L24. Вслед за этим без разрезания обмоточного провода прокладывают первую контактную перемычку K1 от коллекторной пластины L24 к коллекторной пластине L2 и от нее одновременно прокладывают вторую контактную перемычку K2 к коллекторной пластине L13. От нее начало секции S2 обмотки прокладывают через паз N8, наматывают эту секцию обмотки на полюсный зубец Z9 и конец пропускают через паз N9 к коллекторной пластине L3. От нее прокладывают контактную перемычку K3 к коллекторной пластине L14 и затем прокладывают контактную перемычку K4 к коллекторной пластине L25. От нее начало секции S3 обмотки прокладывают через паз N1, наматывают эту секцию обмотки на полюсный зубец Z2 и конец прокладывают через паз N2 к коллекторной пластине L15. Вслед за этим прокладывают контактную перемычку K5 к коллекторной пластине L26 и далее прокладывают контактную перемычку К6 к коллекторной пластине L4. От коллекторной пластины L4 обмоточный провод, как показано с правой стороны развертки на фиг.9, прокладывают к секции S4 обмотки, при этом эта стадия процесса намотки, а также все другие соответствующие показанной на фиг.8 таблице стадии процесса намотки выполняются намоточным автоматом в соответствии с пояснениями в отношении первого варианта осуществления изобретения до тех пор, пока в конечном итоге обмоточный провод, образующий последнюю контактную перемычку K22, не будет вновь подведен к коллекторной пластине L1.
Применительно к электрическим машинам, число коллекторных пластин которых представляет собой кратное числа полюсных зубцов, основная идея настоящего изобретения в отношении снижения пульсаций магнитного сопротивления и электрической коммутации состоит в том, что число коллекторных пластин L в каждом случае представляет собой также кратное половины от числа пар полюсов возбуждения, но кратное всего числа p пар полюсов, при этом число пар полюсов должно представлять собой также четное число. Поэтому основная идея настоящего изобретения не ограничена описанными выше вариантами. Так, например, применительно к восьмиполюсной электрической машине возможны другие варианты выполнения ее ротора, который может иметь, например, тринадцать пазов/полюсных зубцов и двадцать шесть коллекторных пластин, соответственно пятнадцать пазов/полюсных зубцов и тридцать коллекторных пластин. Соответственно можно представить также много вариантов выполнения и четырехполюсных, двенадцатиполюсных и шестнадцатиполюсных электрических машин.
Еще один основной отличительный признак вариантов осуществления изобретения состоит в том, что коллектор имеет две положительные щетки B+ и две отрицательные щетки B-, при этом положительные щетки, а также отрицательные щетки смещены относительно друг друга на величину, на половину ширины коллекторной пластины превышающую кратное всей ее ширины b. Тем самым при коммутации машины достигаются низкие пульсации тока благодаря тому, что никогда не происходит одновременная коммутация тока под обеими положительными щетками и отрицательными щетками от одной коллекторной пластины к соседней коллекторной пластине. Кроме того, тем самым обеспечивается несоответствие между частотой магнитных пульсаций (число пар полюсов, умноженное на число зубцов) и частотой пульсаций тока. Это означает снижение пульсаций развиваемого усилия и крутящего момента, а также снижение шумности электрической машины.
1. Электрическая машина, преимущественно электродвигатель (10) постоянного тока, содержащая, по меньшей мере, восемь расположенных в статоре (11) полюсов (Р) возбуждения и коллекторный ротор (13) с расположенными по окружности пазами (N) и полюсными зубцами (Z), число которых отличается от числа полюсов возбуждения, причем на полюсных зубцах расположено, по меньшей мере, по одной секции (S) обмотки, концы которой соединены с коллекторными пластинами (L), которые попарно электрически соединены друг с другом контактными перемычками (К), снабжаются электроэнергией через угольные щетки (В), и число которых кратно числу полюсных зубцов, отличающаяся тем, что число коллекторных пластин (L) кратно половине числа (р) пар полюсов (Р) возбуждения, но не кратно числу (р) пар полюсов, которое является четным.
2. Электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что коллектор (16) имеет две положительные и две отрицательные щетки (В+, В-), причем две положительные щетки (В+), а также две отрицательные щетки (В-) смещены относительно друг друга на величину, большую кратного всей ширины (b) коллекторной пластины на половину ее ширины (b).
3. Электрическая машина по п.2, отличающаяся тем, что две положительные щетки (В+), а также две отрицательные щетки (В-) при четном числе коллекторных пластин (L) коллектора (16) смещены относительно друг друга на величину, в каждом случае вдвое большую полюсного деления (Pt) полюсов (Р) возбуждения.
4. Электрическая машина по п.2, отличающаяся тем, что две положительные щетки (В+), а также две отрицательные щетки (В-) при нечетном числе коллекторных пластин (L) коллектора (36) смещены относительно друг друга на 180°.
5. Электрическая машина по п.2 или 4, отличающаяся тем, что одна из отрицательных щеток (В-) смещена относительно одной из положительных щеток (В+) на величину, втрое большую полюсного деления (Pt) машины.
6. Электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что коллекторные пластины (L) коллектора (16), смещенные относительно друг друга на величину, вчетверо большую полюсного деления (Pt), в каждом случае соединены друг с другом контактными перемычками (K).
7. Электрическая машина по п.1 или 6, отличающаяся тем, что секции (S) обмотки на полюсных зубцах (Z) и контактные перемычки (K) намотаны намоточным автоматом с использованием одного обмоточного провода (18).
8. Электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что в случае восьмиполюсного статора (11) коллекторный ротор (13) имеет одиннадцать полюсных зубцов (Z) и соответственно пазов (N), а также двадцать две коллекторные пластины (L).
9. Электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что в случае восьмиполюсного статора (11) коллекторный ротор (13) имеет девять полюсных зубцов (Z) и соответственно пазов (N), а также восемнадцать коллекторных пластин (L).
10. Электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что в случае двенадцатиполюсного статора (31) коллекторный ротор (33) имеет одиннадцать полюсных зубцов (Z) и соответственно пазов (N), а также тридцать три коллекторные пластины (L).
