[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2359392C1 - Commutator machine with polar armature - Google Patents

Commutator machine with polar armature Download PDF

Info

Publication number
RU2359392C1
RU2359392C1 RU2008123227/09A RU2008123227A RU2359392C1 RU 2359392 C1 RU2359392 C1 RU 2359392C1 RU 2008123227/09 A RU2008123227/09 A RU 2008123227/09A RU 2008123227 A RU2008123227 A RU 2008123227A RU 2359392 C1 RU2359392 C1 RU 2359392C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
armature
excitation
winding
poles
electric machine
Prior art date
Application number
RU2008123227/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Михайлович Чернухин (RU)
Владимир Михайлович Чернухин
Original Assignee
Владимир Михайлович Чернухин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Михайлович Чернухин filed Critical Владимир Михайлович Чернухин
Priority to RU2008123227/09A priority Critical patent/RU2359392C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2359392C1 publication Critical patent/RU2359392C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Dc Machiner (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: present invention relates to electrical engineering and design of dc and ac commutator machines, as well as universal commutator motors. The commutator machine with a polar armature contains a field pole, an armature with uniformly spaced out poles, commutator, brush-connector assembly unit mechanism with brushes, closed drum winding of the armature made from coils, each of which is on the corresponding pole of the armature and contains one or several sections, consisting of one or several windings. This electric machine can be used as a generator and dc motor with independent excitation by permanent magnets and from independent excitation winding, with parallel, series and compound excitation, as universal commutator motors and as ac motors with series excitation. It is necessary to meet defined ratios between the number of field poles and number of armature poles, as well as field poles and armature poles with defined width of polar arc, and brushes and commutator bars with defined width.
EFFECT: provision for improved energy characteristics and improved commutation of commutator machines with a polar armature with simplification of the design as the same time and high reliability, as well as possibility of using the electric machine at low and high voltages.
12 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и касается конструктивного исполнения коллекторных электрических машин постоянного тока, универсальных коллекторных электрических двигателей, коллекторных электрических машин переменного тока и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства.The invention relates to the field of electrical engineering and for the design of collector electric DC machines, universal collector electric motors, collector electric machines of alternating current and can be used in all sectors of the economy.

Известны коллекторные электрические машины с замкнутыми барабанными обмотками якоря (Петров Г.Н. Электрические машины. В 3-х ч. Часть 3. Коллекторные машины постоянного и переменного тока. Изд. 2-е, переработ, и доп. - М., «Энергия», 1968. Стр.9, 15-35, 194-202), образующимися из последовательно соединенных секций, каждая из которых подключена к соответствующей коллекторной пластине. Секция состоит из одного или нескольких витков. Одна или несколько секций, имеющих общую изоляцию, образуют катушку обмотки, которая укладывается в пазы и охватывает несколько зубцов якоря. Общее число коллекторных пластин равно общему числу секций обмотки. В зависимости от способа присоединения секций к коллекторным пластинам якорные обмотки подразделяются на петлевые, волновые и комбинированные. Недостатком описанных электрических машин является конструктивная сложность обмотки якоря, которая выполняется распределенными по поверхности якоря катушками, охватывающими несколько зубцов якоря и перекрещивающимися между собой в лобовых частях, что снижает надежность этих обмоток. Кроме этого, коллекторные электрические машины средней и большой мощности выполняются с дополнительными полюсами, что также усложняет их конструкцию.Known collector electric machines with closed drum windings of the anchor (Petrov GN Electric machines. In 3 hours. Part 3. Collector machines of direct and alternating current. Ed. 2 nd, revised, and add. - M., " Energy ”, 1968. Pages 9, 15-35, 194-202), formed from series-connected sections, each of which is connected to the corresponding collector plate. A section consists of one or more turns. One or more sections having common insulation form a coil of the winding, which fits into the grooves and covers several teeth of the armature. The total number of collector plates is equal to the total number of winding sections. Depending on the method of connecting the sections to the collector plates, the anchor windings are divided into loop, wave and combined. A disadvantage of the described electrical machines is the structural complexity of the armature winding, which is performed by coils distributed over the surface of the armature, covering several teeth of the armature and intersecting each other in the frontal parts, which reduces the reliability of these windings. In addition, medium and large collector electric machines are made with additional poles, which also complicates their design.

Известны конструкции коллекторных электрических машин постоянного тока, выпускаемые фирмой Томсон-Густен, имеющие трехсекционные кольцевые обмотки, секции обмотки соединены в звезду подобно многофазной (трехфазной) обмотке и присоединены к трем коллекторным пластинам (Машины постоянного тока. Том 1. Э.Арнольд, проф. и И.Л.Ла-Кур. Государственное техническое издательство. М., 1931. Стр. 21-23). Недостатком таких электрических машин является сложность выполнения кольцевого якоря и кольцевой обмотки, низкие энергетические показатели, а из-за того, что обмотка якоря является открытой, неизбежно искрообразование при коммутации вследствие большой самоиндукции секций.Known designs of collector electric DC machines manufactured by Thomson-Gusten, having three-section ring windings, winding sections are connected to a star like a multiphase (three-phase) winding and are connected to three collector plates (DC machines. Volume 1. E. Arnold, prof. and I.L. La-Kur. State Technical Publishing House. M., 1931. P. 21-23). The disadvantage of such electric machines is the difficulty of performing an annular armature and an annular winding, low energy performance, and due to the fact that the armature winding is open, sparking is inevitable during switching due to the large self-induction of the sections.

Известна конструкция электрической машины Жерара с полюсным якорем (Машины постоянного тока. Том 1. Э.Арнольд, проф. и И.Л.Ла-Кур. Государственное техническое издательство. М., 1931. Стр.22-23), имеющая индуктор с четырьмя полюсами, якорь с четырьмя полюсами, на каждом из которых располагается своя катушка обмотки, четыре коллекторные пластины, соединенные попарно через одну, и две щетки, расположенные между полюсами индуктора и под углом 90° относительно друг друга, катушки обмотки якоря соединены между собой встречно-согласно, а начало первой и конец четвертой катушек подсоединены к двум соответствующим пластинам, расположенным по оси полюсов якоря. Недостатком таких электрических машин является большая пульсация момента при работе в качестве электрического двигателя и большая пульсация выходного напряжения при работе в качестве электрического генератора, низкие энергетические показатели, а из-за того, что обмотка якоря является открытой, неизбежно искрообразование при коммутации вследствие большой самоиндукции катушек.The design of an electric Gerard machine with a pole anchor (DC Machines. Volume 1. E. Arnold, prof. And I.L. La-Cour. State Technical Publishing House. M., 1931. Pages 22-23), having an inductor with four poles, an anchor with four poles, each of which has its own coil of the winding, four collector plates connected in pairs through one, and two brushes located between the poles of the inductor and at an angle of 90 ° relative to each other, the coil of the armature winding are interconnected according to the beginning of the first and The end of the fourth coil is connected to two corresponding plates located along the axis of the poles of the armature. The disadvantage of such electric machines is the large ripple of the moment when working as an electric motor and the large ripple of the output voltage when working as an electric generator, low energy performance, and due to the fact that the armature winding is open, sparking during switching due to the large self-induction of the coils is inevitable .

Известна конструкция электрической машины для питания дуговых ламп электрической компании Вестингауз, имеющая 6 полюсов возбуждения, два коллектора, четыре щетки, 8 полюсов якоря, на каждом полюсе которого располагается своя секция обмотки (Машины постоянного тока. Том 1. Э.Арнольд, проф. и И.Л.Ла-Кур. Государственное техническое издательство. М., 1931. Стр. 23). Обмотка якоря выполнена в виде нечетных и четных секций, образующих две независимые системы обмотки, каждая из которых присоединена к своему коллектору. Вторая и третья щетки замыкаются между собой накоротко, соединяя обе системы обмоток последовательно. Первая и вторая щетки служат для снятия напряжения в режиме генератора. Недостатком таких электрических машин является сложность конструкции из-за наличия двух коллекторов, большая пульсация выходного напряжения при работе электрическим генератором, а из-за того, что обмотка якоря является открытой, неизбежно искрообразование при коммутации вследствие большой самоиндукции секций.The design of an electric machine for feeding arc lamps of an electric company Westinghouse is known, having 6 excitation poles, two collectors, four brushes, 8 armature poles, each pole of which has its own section of the winding (DC machines. Volume 1. E. Arnold, prof. And I.L. La-Chur. State Technical Publishing House. M., 1931. P. 23). The armature winding is made in the form of odd and even sections, forming two independent winding systems, each of which is connected to its collector. The second and third brushes are shorted to each other, connecting both winding systems in series. The first and second brushes are used to relieve voltage in generator mode. The disadvantage of such electric machines is the design complexity due to the presence of two collectors, a large output voltage ripple when operating with an electric generator, and due to the fact that the armature winding is open, sparking is inevitable during switching due to the large self-induction of the sections.

Известна принятая за прототип конструкция коллекторной электрической машины с полюсным якорем фирмы Шуккерт и К°, обмотка якоря которой имеет сходство с трехфазной обмоткой и выполнена катушками, расположенными на тройном Т-образном якоре, полюсы которого сдвинуты друг относительно друга на 120°, концы обмотки соединены в «звезду», а начала обмотки присоединены к трем коллекторным пластинам, по которым скользят две щетки (Машины постоянного тока. Том 1. Э.Арнольд, проф. и И.Л.Ла-Кур. Государственное техническое издательство. М., 1931. Стр.22-23). Недостатком прототипа является плохое использование полезного объема электрической машины, что негативным образом отражается на энергетических показателях, а из-за того, что обмотка якоря является открытой и каждая катушка обмотки якоря состоит только из одной секции, неизбежно искрообразование при коммутации вследствие большой самоиндукции катушек, и по этой причине применение этих электрических машин возможно только при низких напряжениях.Known for the prototype design of a collector electric machine with a pole anchor from Schuckert and Co., the winding of the armature of which is similar to a three-phase winding and made by coils located on a triple T-shaped armature, the poles of which are shifted relative to each other by 120 °, the ends of the winding are connected into a “star”, and the beginning of the winding is connected to three collector plates, on which two brushes slide (DC machines. Volume 1. E. Arnold, prof. and I. L. La-Kur. State Technical Publishing House. M., 1931 . Pp. 22-23). The disadvantage of the prototype is the poor use of the useful volume of the electric machine, which negatively affects energy performance, and due to the fact that the armature winding is open and each armature winding coil consists of only one section, sparking is inevitable during switching due to the large self-induction of the coils, and for this reason, the use of these electrical machines is only possible at low voltages.

Целью настоящего изобретения является улучшение энергетических показателей коллекторной электрической машины с полюсным якорем, улучшение коммутации, возможность применения как при низких, так и при высоких напряжениях. Указанная цель в соответствии с настоящим изобретением достигается за счет более рационального использования полезного объема электрической машины, применения замкнутой обмотки якоря, состоящей из катушек, каждая из которых расположена на соответствующем полюсе якоря и содержит одну или несколько секций, состоящих из одного или нескольких витков, и подключенной определенным образом к коллектору.The aim of the present invention is to improve the energy performance of a collector electric machine with a pole armature, improve switching, the possibility of using both low and high voltages. This goal in accordance with the present invention is achieved through a more rational use of the useful volume of the electric machine, the use of a closed winding of the armature, consisting of coils, each of which is located on the corresponding pole of the armature and contains one or more sections consisting of one or more turns, and connected in a certain way to the collector.

Следует отметить, что в предлагаемых в настоящем изобретении электрических машинах, как и в большинстве классических коллекторных электрических машинах постоянного и переменного тока, магнитный поток возбуждения создается обмоткой или постоянными магнитами индуктора, а обмотка якоря размещена в пазах сердечника якоря. Чаще всего индуктор является статором, а якорь - ротором. Однако для ряда применений возможно использование индуктора в качестве ротора, а якоря - в качестве статора, или якоря и индуктора - в качестве роторов, вращающихся друг относительно друга.It should be noted that in the electric machines proposed in the present invention, as in most classical collector electric machines for direct and alternating current, the magnetic flux of the excitation is created by the winding or permanent magnets of the inductor, and the armature winding is placed in the grooves of the armature core. Most often, the inductor is a stator, and the anchor is a rotor. However, for a number of applications it is possible to use an inductor as a rotor, and anchors as a stator, or an anchor and inductor as rotors rotating relative to each other.

Сущность изобретения заключается в следующем. Коллекторная электрическая машина с полюсным якорем (фиг.1, фиг.2) состоит из следующих основных частей: статора, якоря с механическим коллектором, щеточно-контактного узла, подшипниковых щитов. Статор состоит из металлического корпуса 1, выполненного из магнитомягкого материала (стали), к которому крепятся полюса возбуждения 2. Для электрических машин постоянного тока полюса возбуждения 2 могут быть образованы непосредственно постоянными магнитами 3, намагниченными в радиальном направлении и прикрепленными к корпусу 1 (фиг.3), могут быть выполнены металлообработкой из цельных кусков стали с высокой магнитной проницаемостью, могут быть выполнены составными из стали с высокой магнитной проницаемостью и иметь сердечники полюсов и прикрепленные к ним полюсные наконечники, с целью технологичности могут быть выполнены шихтованными из листов электротехнической стали и крепиться непосредственно к корпусу 1. Для электрических машин постоянного тока малой мощности с целью технологичности статор может быть выполнен в виде шихтованного пакета 4, набранного из листов электротехнической стали, имеющего полюса возбуждения 2, и быть бескорпусным, а также шихтованный пакет 4 может быть закреплен внутри корпуса 1 (фиг.4). Для универсальных коллекторных двигателей и коллекторных машин переменного тока с целью уменьшения потерь на гистерезис и «вихревые» токи статор должен быть выполнен в виде шихтованного пакета 4, набранного из листов электротехнической стали, имеющего полюса возбуждения 2, и может быть бескорпусным, а также шихтованный пакет 4 может быть закреплен внутри корпуса 1 (фиг.4).The invention consists in the following. A collector electric machine with a pole anchor (Fig. 1, Fig. 2) consists of the following main parts: a stator, an armature with a mechanical collector, a brush-contact assembly, and bearing shields. The stator consists of a metal housing 1 made of soft magnetic material (steel), to which the excitation poles are attached 2. For DC electric machines, the excitation poles 2 can be formed directly by permanent magnets 3, magnetized in the radial direction and attached to the housing 1 (Fig. 3), can be made by metal processing of solid pieces of steel with high magnetic permeability, can be made of steel with high magnetic permeability and have pole cores and the pole pieces attached to them, for the purpose of manufacturability, can be made from batches of electrical steel sheets and attached directly to the housing 1. For low-power electric DC machines, for the purpose of manufacturability, the stator can be made in the form of a burst bag 4, assembled from sheets of electrical steel, having an excitation pole 2, and to be unpacked, as well as a burnt package 4 can be fixed inside the housing 1 (figure 4). For universal collector motors and AC collector machines, in order to reduce hysteresis and eddy current losses, the stator should be in the form of a charge package 4, composed of sheets of electrical steel having excitation poles 2, and can be unpacked, as well as a charge package 4 can be fixed inside the housing 1 (figure 4).

В соответствии с настоящим изобретением число полюсов возбуждения zB должно быть всегда четным натуральным числом, ширина полюсной дуги bZB полюса возбуждения связана с полюсным делением tZB полюсов возбуждения и определяется в соответствии с выражениемIn accordance with the present invention, the number of excitation poles z B must always be an even natural number, the width of the pole arc b ZB of the excitation pole is associated with the pole division t ZB of the excitation poles and is determined in accordance with the expression

Figure 00000001
Figure 00000001

где bZB и tZB=360°/zB измеряются в геометрических градусах. Для лучшего использования полезного объема электрической машины желательно выбирать bZB, близкой к tZB.where b ZB and t ZB = 360 ° / z B are measured in geometric degrees. For better utilization of the net volume of an electric machine, it is desirable to select b ZB close to t ZB .

На полюсах возбуждения электрической машины (кроме электрических машин с постоянными магнитами) располагается обмотка возбуждения, состоящая из катушек 5, выполненных медными изолированными проводами или медными изолированными шинами. Катушки 5 обмотки возбуждения соединены между собой таким образом, чтобы при протекании по ним тока полюсы возбуждения образовывали в воздушном зазоре чередующуюся магнитную полярность «N» и «S». При выполнении коллекторных электрических машин постоянного тока с постоянными магнитами должна также соблюдаться в воздушном зазоре чередующаяся полярность «N» и «S» полюсов возбуждения.At the poles of the excitation of an electric machine (except electric machines with permanent magnets) is an excitation winding, consisting of coils 5 made of insulated copper wires or insulated copper busbars. The field winding coils 5 are interconnected so that, when current flows through them, the field poles form an alternating magnetic polarity “N” and “S” in the air gap. When performing DC collector electric machines with permanent magnets, the alternating polarity “N” and “S” of the excitation poles must also be observed in the air gap.

Сердечник якоря с целью уменьшения потерь на гистерезис и «вихревые» токи выполнен в виде шихтованного пакета 6, набранного из листов электротехнической стали, имеющего пазы, в которые укладывается обмотка якоря, и полюса якоря 7 (фиг.4). Ширина полюсной дуги b полюса якоря связана с полюсным делением tZB полюсов якоря выражениемThe core of the armature in order to reduce losses on hysteresis and "eddy" currents is made in the form of a burnt bag 6, composed of sheets of electrical steel having grooves into which the armature winding is laid, and the pole of the armature 7 (figure 4). The width of the pole arc b Z Z of the pole of the armature is related to the pole division t ZB of the pole of the armature by the expression

Figure 00000002
Figure 00000002

где b и t=360°/zЯ измеряются в градусах. Для лучшего использования полезного объема электрической машины желательно выбирать b, близкой к t.where b and t = 360 ° / z I are measured in degrees. For the best use of the useful volume of the electric machine, it is desirable to choose b close to t .

В соответствии с настоящим изобретением между числом полюсов якоря zЯ и числом полюсов возбуждения zB устанавливается связьIn accordance with the present invention, between the number of poles of the armature z I and the number of poles of excitation z B a connection is established

Figure 00000003
Figure 00000003

где R=1, 2, 3, 4… - натуральное число.where R = 1, 2, 3, 4 ... is a natural number.

Замкнутая обмотка якоря, состоящая из катушек 8, каждая из которых расположена на соответствующем полюсе якоря 7 и содержит одну или несколько секций 9 (фиг.5), выполнена медными изолированными проводами или медными изолированными шинами. Общее число секций обмотки якоря электрической машины равно произведению всех катушек обмотки якоря на число секций в одной катушке. Секции 9 состоят из одного или нескольких витков и соединены друг с другом в последовательную замкнутую цепь таким образом, что концы предыдущих секций подключены совместно с началами последующих секций к соответствующим коллекторным пластинам 10 коллектора 11. Коллекторные пластины при выполнении катушки обмотки якоря многосекционной могут иметь различную ширину (широкие и узкие пластины). Общее число коллекторных пластин (широких и узких) равно общему числу секций обмотки якоря. С целью технологичности выполнения коллектора широкие пластины можно образовывать при помощи медных перемычек 12, которые удобно изготавливать из тех же проводов, что и секции, выполняя при этом все коллекторные пластины одинаковой ширины (фиг.6).A closed winding of the armature, consisting of coils 8, each of which is located on the corresponding pole of the armature 7 and contains one or more sections 9 (figure 5), made of insulated copper wires or insulated copper busbars. The total number of sections of the armature winding of an electric machine is equal to the product of all coils of the armature winding by the number of sections in one coil. Sections 9 consist of one or several turns and are connected to each other in a sequential closed circuit so that the ends of the previous sections are connected, together with the beginnings of subsequent sections, to the corresponding collector plates 10 of the collector 11. The collector plates when making the coil windings of the multi-section armature can have different widths (wide and narrow plates). The total number of collector plates (wide and narrow) is equal to the total number of sections of the armature winding. With the aim of manufacturability of the collector, wide plates can be formed using copper jumpers 12, which are conveniently made from the same wires as the sections, while performing all the collector plates of the same width (Fig.6).

Шихтованный пакет 6 сердечника якоря, коллектор 11 и подшипники 13 напрессовываются на вал 14, который выполнен из стали, и при помощи подшипниковых щитов 15 якорь позиционирован относительно статора.The charge package 6 of the core of the armature, the collector 11 and bearings 13 are pressed onto the shaft 14, which is made of steel, and using the bearing shields 15 the armature is positioned relative to the stator.

Механизм щеточно-контактного узла чаще всего крепится к подшипниковому щиту со стороны коллектора и может иметь возможность перемещения щеток 16 по коллектору в тангенциальном направлении для установки щеток в зоне с наилучшей коммутацией. Щетки должны быть установлены по оси полюсов возбуждения в осевом направлении или близко к ней. Количество щеточных болтов траверсы, на которых крепятся щеткодержатели со щетками, равно количеству полюсов возбуждения машины. На щеточном болте может располагаться несколько щеток, но при этом число щеток на каждом щеточном болте должно быть одинаковым. Коммутация в коммутируемой секции должна проходить в тот промежуток времени, когда изменение магнитного потока, созданного полюсами возбуждения и пронизывающего полюс якоря, на котором находится коммутируемая секция, минимально и вызвано только действием «реакции» якоря. Ширина коммутационной зоны bКЗ не должна превышать разности между шириной полюсной дуги полюса возбуждения и шириной полюсной дуги полюса якоря, т.е.:The mechanism of the brush-contact assembly is most often attached to the bearing shield from the side of the collector and may be able to move the brushes 16 along the collector in the tangential direction to install the brushes in the area with the best commutation. The brushes should be installed along the axis of the excitation poles in the axial direction or close to it. The number of traverse brush bolts on which the brush holders with brushes are mounted is equal to the number of machine excitation poles. Several brushes may be located on the brush bolt, but the number of brushes on each brush bolt should be the same. Switching in the switched section should take place at that time when the change in the magnetic flux created by the excitation poles and penetrating the pole of the armature on which the switched section is located is minimal and is caused only by the action of the "reaction" of the armature. The width of the switching zone b KZ should not exceed the difference between the width of the pole arc of the excitation pole and the width of the pole arc of the pole of the armature, i.e.:

Figure 00000004
Figure 00000004

где bКЗ, bZB, b измеряются в геометрических градусах. Ширина коллекторных пластин зависит от общего числа секций обмотки якоря, ширины коммутационной зоны и ширины щетки.where b SC , b ZB , b are measured in geometric degrees. The width of the collector plates depends on the total number of sections of the armature winding, the width of the switching zone and the width of the brush.

Коллекторная электрическая машина постоянного тока с полюсным якорем может быть выполнена с независимым возбуждением от постоянных магнитов, с независимым возбуждением при питании обмотки возбуждения от независимого источника постоянного напряжения, с последовательным возбуждением при последовательном соединении обмотки возбуждения с обмоткой якоря, с параллельным возбуждением при параллельном соединении обмотки возбуждения с обмоткой якоря, со смешанным возбуждением при наличии двух обмоток возбуждения, одна из которых соединена с обмоткой якоря последовательно, а другая - параллельно.A DC collector electric machine with a pole armature can be made with independent excitation from permanent magnets, with independent excitation when supplying the field winding from an independent DC voltage source, with series excitation when the field winding is connected in series with the armature winding, with parallel excitation when the winding is connected in parallel excitation with armature winding, with mixed excitation in the presence of two field windings, one of which is connected and with the armature winding in series, and the other - in parallel.

Коллекторная электрическая машина постоянного тока с полюсным якорем может быть выполнена как универсальный коллекторный электрический двигатель с полюсным якорем, обмотка возбуждения которого представляет собой обмотку с разным числом витков для питания от источника постоянного напряжения и от источника переменного напряжения. При питании электрического двигателя постоянным напряжением с обмоткой якоря последовательно через одноименные щетки и скользящие контакты соединена обмотка возбуждения с полным числом витков, а при питании электрического двигателя переменным напряжением с обмоткой якоря последовательно через одноименные щетки и скользящие контакты соединена обмотка возбуждения с малым числом витков.A DC collector electric machine with a pole armature can be designed as a universal collector electric motor with a pole armature, the field winding of which is a winding with a different number of turns for power supply from a DC voltage source and from an AC voltage source. When the electric motor is supplied with constant voltage with the armature winding, the excitation winding with the total number of turns is connected in series through the brushes of the same name and sliding contacts, and when the electric motor is supplied with alternating voltage with the armature winding, the excitation winding with a small number of turns is connected in series through the brushes and sliding contacts.

Коллекторная электрическая машина переменного тока с полюсным якорем может быть применена в качестве двигателя с последовательным возбуждением, при этом обмотка возбуждения одним концом подключена к источнику переменного напряжения, а другим концом через одноименные щетки и скользящие контакты соединена последовательно с обмоткой якоря.An alternating current collector electric machine with a pole armature can be used as a series excitation motor, while the field winding is connected at one end to an alternating voltage source and the other end is connected in series with the armature winding through the same brush and sliding contacts.

Коллекторные электрические машины постоянного тока с полюсными якорями обратимы и могут работать как в качестве электрических двигателей, так и в качестве электрических генераторов.DC collector electric machines with pole anchors are reversible and can operate both as electric motors and as electric generators.

Рассмотрим работу предлагаемых электрических машин на примере электрического двигателя постоянного тока с двумя полюсами возбуждения, с тремя полюсами якоря, с независимой обмоткой возбуждения, с четырьмя секциями в катушке замкнутой обмотки якоря, с двумя щетками и с коллектором, содержащим тридцать коллекторных пластин одинаковой ширины (фиг.6). Для наглядности полюса возбуждения с обмоткой возбуждения и станиной показаны в развернутой форме в осевом направлении, а полюса якоря с обмоткой якоря и коллекторными пластинами показаны в развернутой форме в радиальном направлении. Направление тока, протекающего по катушкам возбуждения, показано «от нас» -крестиком, «к нам» - точкой. Направление токов, протекающих по секциям якоря, показано стрелками. Плюсовая и минусовая щетки показаны знаками плюс и минус. Направление электромагнитного момента, действующего на якорь электрического двигателя, показано стрелкой с буквой М.Let us consider the operation of the proposed electric machines using the example of a DC electric motor with two excitation poles, three armature poles, an independent field coil, four sections in a coil of a closed armature winding, with two brushes and with a collector containing thirty collector plates of the same width (Fig. .6). For clarity, the field poles with the field coil and the bed are shown in the expanded form in the axial direction, and the pole of the armature with the coil of the armature and the collector plates are shown in the expanded form in the radial direction. The direction of the current flowing through the excitation coils is shown "from us" by a cross, "to us" by a dot. The direction of the currents flowing through the sections of the armature is shown by arrows. The plus and minus brushes are shown with plus and minus signs. The direction of the electromagnetic moment acting on the armature of the electric motor is shown by an arrow with the letter M.

От независимого источника постоянного напряжения на катушки 5 обмотки возбуждения подают напряжение, по обмотке протекает постоянный ток, вследствие чего полюса возбуждения 2 намагничиваются, образуя «северные» полюса «N» и «южные» полюса «S» с чередующейся магнитной полярностью. От другого независимого источника постоянного напряжения на щетки 16 подают напряжение, под действием которого через скользящие контакты и коллекторные пластины 10 по секциям Р замкнутой обмотки якоря протекает постоянный ток, намагничивая полюса якоря 7 то как «северные» полюса «N», то как «южные» полюса «S», в зависимости от положения полюсов якоря относительно щеток. В секциях обмотки якоря, замкнутых щетками накоротко, происходит коммутация. «Северные» полюса «N» якоря стремятся вытолкнуться из-под «северных» полюсов «N» возбуждения и втянуться под «южные» полюса «S» возбуждения, а «южные» полюса «S» якоря в свою очередь стремятся вытолкнуться из-под «южных» полюсов «S» возбуждения и втянуться под «северные» полюса «N» возбуждения, создавая тем самым электромагнитный момент, действующий на статор и якорь электрического двигателя. При перемещении якоря на один полюс картина повторяется.A voltage is supplied from the independent DC voltage source to the field coils 5, a direct current flows through the coil, as a result of which the field poles 2 are magnetized, forming "north" poles "N" and "south" poles "S" with alternating magnetic polarity. A voltage is applied to the brushes 16 from another independent source of constant voltage, under the influence of which direct current flows through the sliding contacts and collector plates 10 through sections P of the closed armature winding, magnetizing the poles of the armature 7 either as “north” poles “N”, then as “south” "S" poles, depending on the position of the poles of the armature relative to the brushes. In sections of the winding of the armature, shorted by brushes, switching occurs. The "north" poles of the "N" anchor tend to push out from under the "north" poles of the "N" excitation and get pulled under the "south" poles of the "S" excitation, while the "south" poles of the "S" anchor tend to push out from under "South" poles of the "S" field and get drawn under the "north" poles of the "N" field, thereby creating an electromagnetic moment acting on the stator and the armature of the electric motor. When moving the anchor one pole, the picture repeats.

Техническим результатом настоящего изобретения являются улучшенные энергетические показатели коллекторной электрической машины с полюсным якорем, улучшенная коммутации, применение электрических машин как при низких, так и при высоких напряжениях, простота конструкции, высокая надежность.The technical result of the present invention is improved energy performance of a collector electric machine with a pole armature, improved switching, the use of electric machines at both low and high voltages, simplicity of design, high reliability.

Макетные образцы коллекторных электрических машин с полюсными якорями и замкнутой барабанной обмоткой якоря были выполнены и исследованы автором на базе классических коллекторных электрических машин постоянного и переменного тока. Для этой цели были перемотаны обмотки якорей и проведены исследования электрического двигателя постоянного тока с независимым возбуждением типа 2ПБ 100 МУХ Л4 при питании обмотки возбуждения от источника постоянного напряжения 220 В и обмотки якоря от источника постоянного напряжения 60 В, электрического двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением типа СЛ-621 при питании от источника постоянного напряжения 110 В, универсального коллекторного электрического двигателя типа ДТА-40 при питании от источника постоянного напряжения 85 В и от источника переменного напряжения 95 В, электрических двигателей переменного тока с последовательным возбуждением, применяемых в отечественных пылесосах, при питании от сети переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 220 В при различных соотношениях полюсов возбуждения и полюсов якоря, а также при различных числах секций обмотки якоря. Макетные образцы по сравнению с базовой конструкцией показали достаточно высокие энергетические параметры, хорошую коммутацию и очень высокую надежность обмоток якоря, плотность тока в которых при исследованиях достигала до 15 А/мм2.Prototypes of collector electric machines with pole anchors and a closed drum winding of the armature were made and investigated by the author on the basis of classical collector electric machines of direct and alternating current. For this purpose, the windings of the anchors were rewound and studies of an electric motor of direct current with independent excitation of type 2PB 100 MUH L4 were carried out while feeding the excitation winding from a source of constant voltage 220 V and the armature winding from a source of constant voltage 60 V, electric motor of direct current with parallel excitation of the type SL-621 when powered by a 110 V DC source, DTA-40 universal collector electric motor when powered by a 85 V DC source and from a source of alternating voltage of 95 V, electric motors of alternating current with series excitation used in domestic vacuum cleaners, when powered from an alternating current network with a frequency of 50 Hz and a voltage of 220 V at various ratios of excitation poles and armature poles, as well as for different numbers of sections of the armature winding . Compared to the basic design, prototypes showed rather high energy parameters, good switching and very high reliability of the armature windings, the current density in which reached up to 15 A / mm 2 during research.

Claims (12)

1. Коллекторная электрическая машина с полюсным якорем, содержащая полюса возбуждения, якорь с равномерно сдвинутыми относительно друг друга полюсами, коллектор с коллекторными пластинами одинаковой ширины и прилегающими к ним щетками, обмотка якоря которой выполнена катушками, каждая из которых расположена на соответствующем полюсе якоря, и начало каждой катушки обмотки якоря присоединено к соответствующей коллекторной пластине, отличающаяся тем, что, с целью лучшего использования полезного объема и улучшения энергетических показателей электрической машины, ширина полюсной дуги bZB полюса возбуждения связана с полюсным делением tZB полюсов возбуждения и определяется выражением 2/3tZB≤bZB<tZB, где bZB и tZB=360°/zB измеряются в геометрических градусах, ширина полюсной дуги b полюса якоря связана с полюсным делением t полюсов якоря выражением b<t, где b и t=360°/zЯ измеряются в геометрических градусах, при этом число полюсов возбуждения zB всегда четное натуральное число и между числом полюсов якоря zЯ и числом полюсов возбуждения zB установлена связь zЯ=zB+R, где R=1,2,3,4… - натуральное число, с целью улучшения коммутации и применения электрических машин как при низких, так и при высоких напряжениях обмотка якоря выполнена замкнутой и состоит из катушек, каждая из которых расположена на соответствующем полюсе якоря и содержит одну или несколько секций, общее число секций обмотки якоря электрической машины равно произведению всех катушек обмотки якоря на число секций в одной катушке, секции состоят из одного или нескольких витков и соединены друг с другом в последовательную замкнутую цепь таким образом, что концы предыдущих секций подключены совместно с началами последующих секций к соответствующим коллекторным пластинам коллектора, число коллекторных пластин равно общему числу секций обмотки якоря, щетки установлены по оси полюсов возбуждения в осевом направлении или близко к ней, количество щеточных болтов траверсы равно количеству полюсов возбуждения электрической машины, ширина коммутационной зоны bКЗ подчиняется выражению bКЗ<bZB-b, где bКЗ, bZB, b измеряются в геометрических градусах.1. A collector electric machine with a pole anchor, comprising excitation poles, an armature with poles uniformly shifted relative to each other, a collector with collector plates of the same width and adjacent brushes, the armature winding of which is made by coils, each of which is located on the corresponding pole of the armature, and the beginning of each coil of the armature winding is connected to the corresponding collector plate, characterized in that, in order to better use the usable volume and improve energy performance of the electric machine, the width of the pole arc b ZB of the excitation pole is related to the pole division of t ZB of the excitation poles and is determined by the expression 2 / 3t ZB ≤b ZB <t ZB , where b ZB and t ZB = 360 ° / z B are measured in geometric degrees, the width of the pole arc b ZЯ of the armature pole is related to the pole division t of the armature poles by the expression b <t , where b and t = 360 ° / z I are measured in geometric degrees, while the number of excitation poles z B is always an even natural number and between the number of poles of the armature z I and the number of poles of excitation z B the connection is established z I = z B + R, where R = 1,2, 3.4 ... is a natural number, in order to improve switching and use of electric machines at both low and high voltages, the armature winding is closed and consists of coils, each of which is located on the corresponding pole of the armature and contains one or more sections, the total the number of sections of the armature winding of an electric machine is equal to the product of all coils of the armature winding by the number of sections in one coil, the sections consist of one or more turns and are connected to each other in a series closed circuit in this way that the ends of the previous sections are connected together with the beginnings of subsequent sections to the respective collector plates of the collector, the number of collector plates is equal to the total number of sections of the armature winding, the brushes are installed along the axis of the excitation poles in the axial direction or close to it, the number of brush bolts of the traverse is equal to the number of electric excitation poles machines, the width of the switching zone b KZ is subject to the expression b KZ <b ZB -b , where b KZ , b ZB , b are measured in geometric degrees. 2. Коллекторная электрическая машина с полюсным якорем по п.1, отличающаяся тем, что возбуждение электрической машины осуществляется при помощи независимой обмотки возбуждения, которая расположена на полюсах возбуждения и подключена к независимому источнику постоянного напряжения.2. A collector electric machine with a pole anchor according to claim 1, characterized in that the excitation of the electric machine is carried out using an independent field winding, which is located on the field poles and connected to an independent source of constant voltage. 3. Коллекторная электрическая машина с полюсным якорем по п.1, отличающаяся тем, что возбуждение электрической машины осуществляется при помощи постоянных магнитов.3. A collector electric machine with a pole anchor according to claim 1, characterized in that the excitation of the electric machine is carried out using permanent magnets. 4. Коллекторная электрическая машина с полюсным якорем по п.1, отличающаяся тем, что возбуждение электрического двигателя осуществляется при помощи последовательной обмотки возбуждения, которая расположена на полюсах возбуждения и подключена одним концом к источнику постоянного напряжения, а другим концом через одноименные щетки и скользящие контакты соединена последовательно с обмоткой якоря.4. A collector electric machine with a pole anchor according to claim 1, characterized in that the excitation of the electric motor is carried out using a series excitation winding, which is located on the excitation poles and connected at one end to a constant voltage source, and the other end through brushes and sliding contacts of the same name connected in series with the armature winding. 5. Коллекторная электрическая машина с полюсным якорем по п.1, отличающаяся тем, что возбуждение электрической машины осуществляется при помощи параллельной обмотки возбуждения, которая расположена на полюсах возбуждения и подключена параллельно к источнику постоянного напряжения и через разноименные щетки и скользящие контакты соединена параллельно с обмоткой якоря.5. A collector electric machine with a pole anchor according to claim 1, characterized in that the excitation of the electric machine is carried out using a parallel excitation winding, which is located on the excitation poles and connected in parallel to a constant voltage source and connected through unlike brushes and sliding contacts in parallel with the winding anchors. 6. Коллекторная электрическая машина с полюсным якорем по п.1, отличающаяся тем, что возбуждение электрической машины осуществляется при помощи смешанной обмотки возбуждения, которая расположена на полюсах возбуждения и состоит из последовательной и параллельной обмоток, последовательная обмотка через одноименные щетки и скользящие контакты одним концом соединена последовательно с обмоткой якоря, а другим концом подключена к источнику постоянного напряжения, параллельная обмотка через разноименные щетки и скользящие контакты соединена параллельно с обмоткой якоря и подключена параллельно к источнику постоянного напряжения.6. A collector electric machine with a pole anchor according to claim 1, characterized in that the excitation of the electric machine is carried out using a mixed field winding, which is located on the field poles and consists of series and parallel windings, a series winding through the same brush and sliding contacts at one end connected in series with the armature winding, and the other end connected to a constant voltage source, parallel winding through unlike brushes and sliding contacts It is connected in parallel with the armature winding and is connected in parallel to a constant voltage source. 7. Коллекторная электрическая машина с полюсным якорем по п.1, отличающаяся тем, что она предназначена для работы в качестве универсального коллекторного электрического двигателя, возбуждение которого осуществляется при помощи обмотки возбуждения, обмотка возбуждения расположена на полюсах возбуждения и представляет собой обмотку с разным числом витков для питания от источника постоянного напряжения и от источника переменного напряжения, при питании электрического двигателя постоянным напряжением с обмоткой якоря последовательно через одноименные щетки и скользящие контакты соединена обмотка возбуждения с полным числом витков, а при питании электрического двигателя переменным напряжением с обмоткой якоря последовательно через одноименные щетки и скользящие контакты соединена обмотка возбуждения с малым числом витков.7. A collector electric machine with a pole anchor according to claim 1, characterized in that it is designed to operate as a universal collector electric motor, the excitation of which is carried out using an excitation winding, the excitation winding is located on the excitation poles and is a winding with a different number of turns for power from a constant voltage source and from an alternating voltage source, when feeding an electric motor with constant voltage with an armature winding in series Res same name and the brush sliding contacts connected to the excitation winding with a complete number of turns, and for feeding the electric motor with the AC voltage across the armature winding in series with the same name and the brush sliding contacts connected to the excitation winding with a small number of turns. 8. Коллекторная электрическая машина с полюсным якорем по п.1, отличающаяся тем, что она предназначена для работы в качестве электрического двигателя переменного тока, возбуждение которого осуществляется при помощи последовательной обмотки возбуждения, обмотка возбуждения расположена на полюсах возбуждения и подключена одним концом к источнику переменного напряжения, а другим концом через одноименные щетки и скользящие контакты соединена последовательно с обмоткой якоря.8. A collector electric machine with a pole anchor according to claim 1, characterized in that it is designed to operate as an alternating current electric motor, the excitation of which is carried out using a series excitation winding, the excitation winding is located on the excitation poles and is connected at one end to an alternating source voltage, and the other end through the same brush and sliding contacts connected in series with the armature winding. 9. Коллекторная электрическая машина с полюсным якорем по п.1, отличающаяся тем, что якорь расположен снаружи и вращается, индуктор расположен внутри и неподвижен.9. A collector electric machine with a pole anchor according to claim 1, characterized in that the armature is located outside and rotates, the inductor is located inside and stationary. 10. Коллекторная электрическая машина с полюсным якорем по п.1, отличающаяся тем, что якорь расположен внутри и неподвижен, индуктор расположен снаружи и вращается вместе.10. A collector electric machine with a pole anchor according to claim 1, characterized in that the anchor is located inside and stationary, the inductor is located outside and rotates together. 11. Коллекторная электрическая машина с полюсным якорем по п.1, отличающаяся тем, что якорь расположен внутри, индуктор расположен снаружи, якорь и индуктор вращаются относительно друг друга и относительно статора.11. A collector electric machine with a pole anchor according to claim 1, characterized in that the armature is located inside, the inductor is located outside, the armature and inductor rotate relative to each other and relative to the stator. 12. Коллекторная электрическая машина с полюсным якорем по п.1, отличающаяся тем, что якорь расположен снаружи, индуктор расположен внутри, якорь и индуктор вращаются относительно друг друга и относительно статора. 12. A collector electric machine with a pole anchor according to claim 1, characterized in that the armature is located outside, the inductor is located inside, the armature and inductor rotate relative to each other and relative to the stator.
RU2008123227/09A 2008-06-11 2008-06-11 Commutator machine with polar armature RU2359392C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008123227/09A RU2359392C1 (en) 2008-06-11 2008-06-11 Commutator machine with polar armature

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008123227/09A RU2359392C1 (en) 2008-06-11 2008-06-11 Commutator machine with polar armature

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2359392C1 true RU2359392C1 (en) 2009-06-20

Family

ID=41026070

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008123227/09A RU2359392C1 (en) 2008-06-11 2008-06-11 Commutator machine with polar armature

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2359392C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU175895U1 (en) * 2017-06-05 2017-12-22 Акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" ELECTRIC MACHINE ANCHOR RING
CN112421921A (en) * 2019-08-20 2021-02-26 德国日本电产电机与驱动器有限公司 Noise reduction for brushed asymmetric motors with direct current excitation
CN115276332A (en) * 2021-04-30 2022-11-01 杭州东博自动化科技有限公司 Multi-pair-group magnetic pole parallel motor

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АРНОЛЬД Э., ЛА-КУР И.Л. Машины постоянного тока, том I. - М.: Государственное техническое издательство, 1931, с.22-23. *
ПЕТРОВ Г.Н. Электрические машины, ч.3, Коллекторные машины постоянного и переменного тока. - М.: Энергия, 1968, с.9, 15-35, 194-202. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU175895U1 (en) * 2017-06-05 2017-12-22 Акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" ELECTRIC MACHINE ANCHOR RING
RU175895U9 (en) * 2017-06-05 2018-04-05 Акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" RING WINDING ANCHOR ELECTRIC MACHINE
CN112421921A (en) * 2019-08-20 2021-02-26 德国日本电产电机与驱动器有限公司 Noise reduction for brushed asymmetric motors with direct current excitation
CN115276332A (en) * 2021-04-30 2022-11-01 杭州东博自动化科技有限公司 Multi-pair-group magnetic pole parallel motor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11784523B2 (en) Multi-tunnel electric motor/generator
US20220302811A1 (en) Multi-tunnel electric motor/generator
CN107925328B (en) Multi-channel electric motor/generator
Eastham IEE Power Division: Chairman's address. Novel synchronous machines: linear and disc
Zhu et al. Novel linear flux-switching permanent magnet machines
CN101562383B (en) Single-phase reluctance generator
Zulu et al. Topologies for wound-field three-phase segmented-rotor flux-switching machines
RU2359392C1 (en) Commutator machine with polar armature
CN201188577Y (en) Single-phase reluctance generator
RU98646U1 (en) LOW-CURRENT CURRENT GENERATOR
CN110855034B (en) Mechanical magnetic-regulation permanent magnet like-pole type inductor motor
Tarımer et al. Performance comparision of internal and external rotor structured wind generators mounted from same permanent magnets on same geometry
Sani et al. The Influence of Rotor Shape and Air Gap Position on the Characteristics of the Three-phase Axial Flux Permanent Magnet Generator
RU2385525C1 (en) Collector dc electric machine with pole anchor
Evans et al. Disc-geometry homopolar synchronous machine
CN110120732B (en) Induction tandem type brushless excitation motor
Tarimer et al. Performance Comparision of Internal and External Rotor Structured Wind Generators Mounted from Same Permanent Magnets on Same Geometry.
RU2124799C1 (en) Self-exciting brushless d c generator
RU2414797C1 (en) Salient-pole commutator magnetoelectric machine
RU2414795C1 (en) Salient-pole commutator machine
RU2085010C1 (en) Inductor electrical machine
Kumar et al. Design and Performance Optimization of Dual Rotor De-coupled Stator Multi-Phase Hybrid Magnetic Pole Permanent Magnet Synchronous Generator for Wind Turbine Application
RU2716815C1 (en) Improved permanent magnet generator
RU2286642C2 (en) Direct-current inductor motor
AU2020101705A4 (en) Winding arrangement of DC motor without commutation device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120612