Многополюсная электрическая машина постоянного тока
Патент 1374350
Авторы
Классы МПК
Многополюсная электрическая машина постоянного тока
Иллюстрации
Реферат
Изобретение относится к области электромапмностроения. Целью изобретения является расширение области применения за счет увеличения числа параллельных ветвей обмотки якоря. Обмотка содержит индуктор с парами полюсов, якорь с замкнутой обмоткой , состоящей из секций, коллектор с пластинами, соединеннь1ми пере-, мычками. Начала секций с номерами j подключены к группам коллекторных пластин с номерами i l+sEj. (a/sfsk + + j-Qd/dy), а концы секций с номерами j подключены к группам коллекторных пластин 1+sFj; (a/sj k +j+y-Q/ /dy), где y skiaQ/p; а,- число пар параллельных ветвей обмотки якоря; ,2,3,...,s - номера секций обмотки якоря в порядке из расположения по расточке, начиная с произвольно взятой; 1 ,2,3,..., S - номера групп коллекторных пластин, определяемые по наименьшему номеру коллекторной пластины, входящей в данную группу, i( P) l+sF(l-l)/s; ,2,3,«., k т S - номера коллекторных пластин в порядке их расположения по расточке коллектора при в том же направлении , что и при нумерации, секций якоря, начиная с произвольно взятой k,, k, kj - целые положительные числа, включая нуль; F - оператор выделения дробной части смешанной дроби. 3 ил., 5 табл. (Л со 4i) СО СП
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
А1 (19) (11) (51) 4 Н 02 Х 13/14, 23/26
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ!
Ц,, 1 с ЩИ1() », Й Д !
К АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 388,2356/31-07 (22) 10.04.85 (46) 15.02.88. Бюл. 9 6 (71) Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола (72) В.Д.Завгородний и Ю.И.Чучман (53) 621.313.2(088.8) (56) Патент США 1(4183556, кл. 310-154, 1980.
Патент США У 4315178, кл. 310-154, 1980.
Авторское свидетельство СССР
Ф 1121750, кл. Н 02 К 13/14, 1984. (54) МНОГОПОЛЮСНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к области электромашиностроения. Целью изобретения является расширение области применения за счет увеличения числа параллельных ветвей обмотки якоря.
Обмотка содержит индуктор с р=йт парами полюсов, якорь с замкнутой обмоткой, состоящей из секций, коллектор с пластинами, соединенными перемычками. Начала секций с номерами j подключены к группам коллекторных . пластин с номерами i=l+sFz !ta/s fsk1 +
+ j-1Jd/dy), а концы секций с номерами j подключены к группам коллекторных пластин 1 =1+зЕ {а/sfskz+3+y-l3/
/dy), где y=(sk
j= 1,2,3,...,s — номера секций обмотки якоря в порядке из расположения по расточке, начиная с произвольно взятой; „.. i=1 2,3,. ° ., s — номера групп коллекторных пластин,. определяемые по наименьшему номеру коллек- торной пластины, входящей в данную группу» i(0) 1+sF„ (1-1) /s; 1 !в2э3. э в э в9
k = ш s — номера коллекторных пластин в порядке их расположения по расточке коллектора при обходе в том же направлении, что и при нумерации. секций якоря, начиная с произвольно взятой, k k k — целые положительные числа, включая нуль; F> - опера- фее тор выделения дробной части смешан- фф ной дроби. 3 ил., 5 табл. М
4ь
Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в моментных двигателях больших диаметров дискового или цилиндричес5 кого исполнения, предназначенных для привода крупногабаритных опорно-поворотных устройств и платформ, с повышенными требованиями к стабильности частоты вращения в пределах одного 10 оборота.
Цель изобретения — расширение области применения машины за счет увеличения числа параллельных ветвей обмотки якоря, позволяющих согласовать параметры машины с параметрами источника питания.
На фиг.l. приведена принципиальная схема предлагаемой многополюсной машины постоянного тока с р=18 и s=25, 20 на которой показано подсоединение части секций и токопроводящих перемычек к коллектору для. случая, когда
d=3, ш=б, а=2, и 1с=ш s=á 25=150, а также расстановка d=3 пар разнополяр- 25 ных щеток (подсоединение остальных секций,и токопроводящих перемычек к коллектору не показано; на фиг.2электрическая схема машины по фиг.l (для удобства чтения схемы пластины 30 .коллектора, входящие в одну группу и соединенные друг с другом токопроводящими перемычками, размещены в одну строку, а секции якорной обмотки
Размещены не в Резальном порядке их расположения на якоре, приведенном на фиг.l, а в порядке подсоединения начал секций к группам коллекторных пластин); на фиг.3 — пример выполнейия электрической схемы машины с р=18 и s=25 (фиг.l), для которой
d=2, ш=9, а=3, и 1=ш s=9 25=225 (для удобства чтения схемы пластины коллектора, входящие в одну группу, размещены в одну строку, а секции якор-. 45 ной обмотки расположены в порядке подсоединения их начал к группам кол- лекторных пластин) .
Электрическая машина состоит из индуктора с 2р полюсами 1 чередующейся полярности, якоря 2, обмотка которого выполнена из равномерно расположенных по его окружности секций
3, обозначенных на фиг.l, 2 и 3 но- . мерами lс-25с, при этом номера lс-25с ирисвоены секциям 3 в порядке их расположения по окружности якоря 2, начиная с любой произвольно взятой, йоллектора 4, состоящего из 1=шов
Т а б л и ц а 1
Делители. Исполнение
2 3
1 4
3 9 2
6 2
В зависимости от принятого исполнения коллектор 4 имеет различное число пластин: в первом исполнении
k = ш з =б"25=150, во втором k=75, в третьем k=225% в четвертом k=50.
Пластины с помощью токопроводящих перемычек 5 объединены в s=25 групп, которым присвоены номера i(Q) определяемые по наименьшим номерам пластин, входящих в данную группу. Принадлежность пластины с номером 1 к группе пластин с номером i(4) определяется следующим образом. пластина пластин, которым на фиг,1 и 2 присвоены номера lk-150k а на фиг.3—
1k-225k, при этом номера присвоены пластинам коллектора 4 в порядке их расположения по окружности коллектора 4 при обходе его в том же направлении, что и при нумерации секций 3 якоря, начиная с произвольно взятой пластины коллектора 4, токопроводящих перемычек 5, объединяющих пластины коллектора 4 в s групп по ш коллекторных пластин и в каждой группе,при этом токопроводящие перемычки 5 установлены таким образом, что каждая из них соединяет пластины lk-2251с, смещенные друг относительно друга на
s последовательно расположенных пластин, например, как показано на фиг.l, токопроводящие перемычки 5 соединяют пластины 27k и 52k (52-27I25 s) 35k и
60k, 52k и 77k и т.д. и разнополярных щеток 6 и 7, подключенных к токосборным шинам 8 и 9..Обязательным для реализации предлагаемой машины является выполнение условия выбора числа пар полюсов 1 индуктора таким образом, что оно имеет как минимум два делителя ш и d не равных единице, и р= m d. На фиг.l показана машина, имеющая р=18, которая может быть реализована в исполнениях, приведенных в табл.l.
1374350
Таблица 2
Группы коллекторных пластин для схемы обмотки, показанной на фиг.! и 2
26 51
2 27 52
3 28 53
4 29 54
5 30 5S
6. 31 56
7 32 57
78
80
82
33 58
9 34 59
10 35 60
11 36 61.
12 37 . 62 .
l3 38 63
85
10.86
87!
89
16 16 41 66
17 17 42 67
18 18 43 68
19 19 44 69
20 20 45 70
93
95
21 21
46 71
1=32k входит в группу i (3) 1 +
1-1 32-1 6
+з F ()=1+25 F (— --) 1+25 F (1 — ) з 25 25
1+6 7.
14 14 39 64
15 15 40 65
Для машины по фиг.1 и 2, у которой
k=150 (исполнение 1), группы образуются пластинами Ik-150k коллектора 4, приведенными в табл.2.
101 126
102 127
103 1 28
103 129
105 130
106 131
107 132 !
08 133
109 134
110 135
111 136
112 137
ll3 138
1 1.4 . 139
115 140
1!6 141
117 142
118 143
119 144
- 120 145
l2l 146
1374350
Продолжение табл.2
122 147
123 148
124 149
125 150
22 22 47 72
23 23 48 73
24 24 49 74
25 25 50, 75
99
100
П р и и е ч а н и е. Буквенные обозначения (k) у номеров пластин опущены.
Для машины по фиг.3, у которой ются пластинами 1k-225k коллектора
k=225 (исполнение 3), группы образу- 20 4, приведенными в табл.3.
Таблица 3
Группы коллекторных пластин для схемы обмотки, показанной на фиг.3. ером
101 126
102 127
103 128
76
151 17 6 201
152 177 202
153 178 203
52
27
104 129 154 179 204
105 130 155 180 205
81
83
10 10
11 11
12 12
60
86
37 62
38 63
39 64
88
14 14
28 53
29. 54
30 55
31 56
32 57
33 58
34 59
106 131
107 132
108 133
109 134
110 135
111 136
112 137
113 138
114 139
156 181 206
157 182 207
158 183 208
159 184 209
160 185 210
161 186 211
162 187 212
163 188 213
164 189 214
1374350
llporrол.ение табл. 3
40 65
115 140
1!6 141
117 142
118 143
119 144
16
l6
91
42 67
43 68
44 69
93
70
120 145
46
121 146
122 147
123 148
124 149
96
72
48 73
49 74
50 75
99
100 где
25 8-2 — — 11
«sk +а
У=
17 17
18 18
19 19
20 20
21 21
22 22
23 23
24 24
25 25
Секции lс-25с обмотки якоря 2 подключены к коллектору 4 следующим об- 30 разом. Начала секций Ic-25c с порядковыми номерами j= 1,2,3,...,s=25 подключены к группам коллекторных пластин с номерами i например для машины показанной на фиг.l и 2 (ис- 35 полнение 1), в случае, когда число пар параллельных ветвей а=2, начало секции с номером j=2 подсоединено к группе коллекторных пластин с номером 40 а Гsk<+ 1 — !1
i=l+s F (- ) е(dy
2 1 25 29+2-1 l 2 ° 22
=1+25F (— (— — — — — ) ) =1+25 F (-- — ) =45
25 (3 11 25
=1+25 Р(1 — ) = 1 + 19 = 20
Ф
k "принято равным 8, так как 8 является наименьшим числом, обеспечивающим выполнение условия, что у должно быть равно целому числу; принято равным 29, так как 29 является наименьшим числом, 165 190 2! 5
166 191 216
167 192 217
168 93 218
169 194 219
170 195 220
171 196 221
172 197 222
173 98 223
174 199 224
125 150 175 200 225 обеспечивающим выполнение условия, что число.в квадратных скобках должно быть целью положительным числом.
Концы секций lс-25с с порядковыми номерами j-=1,2,3,...,s-=25 подключены к группам коллекторных пластин с номерами, например, для рассмотренного примера с секцией с номером 1=2, ее конец подключен к группе коллекторных пластин с номером а Г sk +l+ ò-11!
4 =I+е F (- (— -- - — )=1 + 25» (2 (25 18+2+11- Ij) (2
25L 3 11 Л 25
=1+25 F (1 — ) = 1+3=4
3 с 25 1 где k принято равньм 18, так как 18 является наименьшим числом, обеспечивающим выполнение условия, что число в квадратных скобках равно целому положительному числу.
Для машины с а=2, схемы которой показаны на фиг.l и 2 (исполнение 1), в табл. 4 приведены порядок подсоединения секций 3 с номерами j (Ic-25ñ) к группам коллекторных пластин l k-150k и вели-. чины чисел k < и k, при которых опре делены номера. групп i и
1374350
Таблица 4
Порядок подсоединения секций к группам коллекторных пластин для схемыобмотки якоря, показанной на фиг.2
10
29
14
23
17
l7
13
15
18
12
23, 30
10
26
15
19
12
13!
23
10.
15
28
20
18
24
18
16
12
21
l5
21
15
23
Номер Начало i-й секции секций подсоединено к rpynj,ïå коллькторных пластин i при значениях 1с, онец i-й секции одсоединен к групе пластин 1 при значениях k
1374350
Продолжение табл.4
13
29
16
Таблица 5
Порядок подсоединения секций к группам коллекторных пластин для схемы обмотки якоря, показанной на фиг.ЗНо се
) 0
17
24
l5
20
13
0;8
20
Для машины с а 3, схема которой .показана на фиг.3 (исполнение 3), в табл.5. приведены порядок подсоедине- 20 ния секций 3 с номерами.j (1с-25с) к ачало i-й секции одсоединен к групе коллекторных ластин i при значениях k группам коллекторных пластин 1k-150k и величины чисел k u k,,при которых определены номера групп i и 1, . нец i-й секции дсоединен к группластин 1 при .значениях k
1374350 14
Продол;кение табл. 5
Номер секции
Конец i-й секции подсоединен к группе пластин 1 при значениях k
1 k, 16
0;8
13
14
15
0;8
17
23
14
20
21
21
22
23
24
10
Начало i-й секции подсоединен к группе коллекторных пластин i при значениях k
На фиг.1-3 показаны электрические схемы предлагаемой машины для случая, когда в них установлено d пар щеток 45
6 и 7 (на фиг.l и 2 63, на фиг.3
62} .
Машина работоспособна при установке одной пары разнополярных щеток 6 и 7, необходимость установки дополнительных щеток (сверх d пар) определя-. ется исходя иэ условия обеспечения заданной плотности тока под щетками, а также повышения надежности щеточно-коллекторного узла и машины в це55 лом путем резервирования щеток 6 и 7.
При подаче напряжения на токосборные .шины 8 и 9 машины, схемы которой показаны на фиг. l и 2, ток протекает по следующей цепи: токосборная шина 9, щетки 7, пластины коллектора 4 с номерами 129k, 137k, 138k и 146k, четыре параллельные ветви обмотки (2а=4), первая из которых состоит иэ секций 3 с номерами j
= 25c, 14с, Зс, 17с и бс, вторая —, из секций 18ñ,7ñ,21с,10с,24с,третья - из секций 2с, 16с, 5с, 19с и 8с, четвертая — из секций 9с, 23с, )2с, !с и 15с, пластины коллектора 4 с номерами 133k, 134k, 142k и 150k, щетки
6,. токосборная шина 8. Секции 3 с номерами llc, 4с, 22с, 20с и 13с закорочены щетками 6 и 7 и находятся в состоянии коммутации.
16
1374350
Ток, проходящий по секциям 3 якоря 2, взаимодействует с магнитным потоком, создаваемым магнитами,иприводит якорь 2 во вращение. При повороте якоря 2 на одно коллекторное деление в направлении, показанном на фиг.l и 2 стрелками, структура параллельных ветвей обмотки изменяется и в режиме коммутации оказываются секции 3 с номерами j=7с, 9с, 16с, 18с и 25с а параллельные ветви состоят иэ секций 3 с номерами j: первая — 14с, Зс, 17с, 6с и 20с; вторая — 21с, 10с, 24с, 13с и 2с; третья 15
5с, 19с, 8с, Ilс и 22с; четвертая—
23с, 12с, Ic, 15c и 4с, При выполнении машины по схеме на фиг.3 при подаче напряжения на токосборные шины 8 и 9 ток протекает 20 по следующей цепи: токосборная шина
9, щетки 7, пластины коллектора 4 с номерами 204k, 205k и 217k, шесть параллельных ветвей обмотки (2а=6), первая из которых состоит из секций 25
3 с номерами j=2c, бс, IOc и 14с, вторая — из секций 23с, 19с, 15с и
1)c, третья — из секций 20с, 24с, Зс и 7с, четвертая — из секций 12с, 8с, 4с и 25с, пятая — из секций 9с, 13с, 17с и 21с, шестая — из секций
5с, lс, 22с и 18с, пластины коллектора 4 с номерами 2) Ok, 21)k и 223k, щетки 6, токосборная шина 8. Секция с номером lбс закорочена щетками 7 и находится в состоянии коммутации.
Функционирование предлагаемой многополюсной электрической машины в качестве двигателя постоянного тока обеспечивается тем, что при подсоединении секций обмотки якоря к плас-. тинам коллектора на пластинах кол- . лектора при вращении якоря в магнитном поле полюсов индуктора возникает стоячая волна электрического потенциала с числом периодов, равным числу пар полюсов р. При установке щеток по геометрическим нейтралям между разнополярными щеткамй возникает постоянная противоЭДС якоря, уравновешивающая приложенное к щет50 кам двигателя постоянное напряжение питания.
Предлагаемая машина, изготовленная из тех же конструктивных элементов, что и известная, может быть выполнена с числом пар параллельных ветвей а=2,3,4,..., что снимает ряд ограничений. конструктивного и технологического характера и расширяет область ее применения. Одновременно возможность варьирования числа пар параллельных ветвей обмотки якоря позволяет согласовывать внутренние параметры машины с параметрами источника питания (напряжение, ток и т.д.)
Формула изобретения
Многополюсная электрическая машина постоянного тока, содержащая индуктор с p = d m парами полюсов чередующейся полярности, якорь с замкнутой обмоткой, состоящей из равномерно расположенных по расточке якоря секций, число s которых не имеет общих делителей с числом пар полюсов р, и коллектор с числом коллекторных пластин k s, соединенных между собой токоподводящими перемычками с шагом по коллектору, равным s о т— л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью расширения области применения за счет увеличения числа параллельных ветвей обмотки якоря, позволяющих согласовать параметры машины с параметрами источника питания, начало секции с номером j подключено к группе коллекторных пластин с номером а Г sk,+ -1
i--I+s F (« — - - — ) ,) а конец этой секции подключен к группе коллекторных пластин с номером
I а sk +i+y-1
)+я Р (Х ) я d y где d и ш — любое целое положитель1 ное число, не равное единице, я1 + а а — число пар параллельных ветвей обмотки якоря;
1,2,3,...,s — номера секций обмотки якоря в порядке их расположения по расточке якоря, начиная с произвольно взятой; д 1, 2,3,...,s — номера групп коллекторных пластин, определяемые по наименьшему номеру коллекторной пластины, входящей в данную группу
1-1
° (1) - ) + Е (— ) °
1Гс
Фиг.1
17 1374
1 1,2,3,,,,kms - номера,, коллекторных пластин в порядке их расположения по расточке коллектора при об5 ходе его в том же направлении, что и при нумерации секций якоря, начиная с произвольно взятой;
350 18
k k — целые положительные числа, включая нуль, обеспечивающие выполнение условия, что выражения, заключенные в квадратные скобы, равны целым положительным числам;
Е, — оператор выделения дробной части смешанной дроби.
1374350 а а а аа аа а а
° вю
Составитель А. Кецарис
Редактор А.Огар Техред 11,äöää; Корректор М.Максимишинец
Заказ 613/51. Тираж 665 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5
Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород,ул.Проектная,4