PL70892B1 - - Google Patents

Description

Elektryczna maszyna wirujaca Przedmiotem wynalazku jest elektryczna maszyna wirujaca w postaci silnika lub pradnicy komutatorowej pradu zmiennego lub stalego, a w szczególnosci maszyna wirujaca o malych wymiarach, pracujaca bez biegunów pomocniczych, uzywana do napedu na przyklad aparatów elektrycznych ogólnego uzytku domowego.Maszyny wirujace tego typu mialy dotad bieguny magnetyczne umieszczone w stojanie symetrycznie z tym, ze na skutek reakcji twornika wystepujacej zawsze przy pracy maszyny, linie sil pola magnetycznego skupialy sie i deformowaly w czesci biegunów w kierunku przeciwnym do kierunku obrotów wirnika w silniku i zgodny/n z tym kierunkiem w pradnicy.Jesli reakcja twornika powodowala zaklócenia w komutacji, stosowano badz to powiekszenie szczeliny powietrznej w poblizu odpowiednich czesci biegunów, badz tez zmniejszano przekrój biegunów w tych miejscach\ tak aby zmniejszyc do minimum reakcje twornika. Jednakze przez zwiekszenie szczeliny powietrznej zmniejsza \ie calkowity efektywny strumien magnetyczny maszyny i w przypadku maszyny ze szczotkami, mimo poprawy warunków komutacji, zmniejsza sie niekorzystnie jej moc uzyteczna.Jesli linie pola magnetycznego ulegaja w poblizu biegunów zdeformowaniu na skutek reakcji twornika, praca rdzenia stalowego w tych czesciach biegunów magnetycznych zbliza sie do stanu nasycenia, podczas gdy winnych miejscach rdzen ten nie jest wlasciwie wykorzystany. Majac to na wzgledzie, zgodnie z celem wynalazku dokonywano pomiarów wielkosci strumienia magnetycznego w róznych czesciach rdzenia stojana przy uzyciu haIlotro nu lub cewki wzorcowej ustalajac wartosc indukcji magnetycznej stosownie do wartosci strumienia i okreslano nastepnie ksztalt rdzenia stojana, tak aby uzyskac mozliwie^jak najwiekszy wspólczynnik jego wykorzystania i w ten sposób osiagnac zwiekszenie mocy uzytecznej bez powiekszania wymiarów zewne¬ trznych silnika. Aczkolwiek kazdy wzrost mocy powodowal zwykle zaklócenia w komutacji, obecny wynalazek pozwala uzyskac maszyne elektryczna o konstrukcji zapobiegajacej tym trudnosciom.Celem wynalazku jest stworzenie maszyny o zwiekszonej mocy bez powiekszania jej zewnetrznych wymiarów Innym celem wynalazku jest wykonanie nabiegunników asymetrycznych w stosunku do geometrycznej osi biegunów magnetycznych, by uzyskac wiekszy calkowity strumien mafnftycuty. Dtfcl^lw cflfcmt M*t takie zmodyfikowanie ksztaltu jarzma stojana, by dalo to wiekszy calkowity strumien magnetyczny maszyny. Jeszcze2 70 892 innym celem jest skrócenie zwojów uzwojenia stojana, by w ten spocób zmniejszyc koszt maszyny. Wreszcie celem wynalazku jest takie przesuniecie naciec w jarzmie stojana, aby spowodowac zmiane rozplywu strumienia magnetycznego z prawej i lewej strony jarzma, która by dala wzrost lacznego strumienia, przez co zwiekszylaby sie sprawnosc maszyny i polepszyly warunki komutacji.Miedzy drugim nabiegunnikiem bieguna magnetycznego a twornikiem znajduje sie szczelina powietrzna, która ma szerokosc wieksza niz szerokosc szczeliny utworzonej miedzy pierwszym nabiegunnikiem bieguna magnetycznego a twornikiem. W kazdym polozeniu twornika wzdluz jego obwodu umieszczona jest szczotka.Cel wynalazku zostal osiagniety przez skonstruowanie maszyny wirujacej/ której jeden z nabiegunników znajdujacy sie w polu magnetycznvm w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu twornika ma pole przekroju poprzecznego obwodu magnetycznego wieksze niz pole przekroju poprzecznego drugiego nabiegunnika umiesz¬ czonego w polu magnetycznym po stronie kierunku zgodnego z obrotem twornika. W rozwiazaniu tym czesc rdzenia stojana znajdujaca sie blizej nabiegunnika drugiego ma pole przekroju poprzecznego drogi magnetycznej przebywanej przez czesc rdzenia stojana wieksze niz pole przekroju poprzecznego drogi magnetycznej przebywanej przez czesc rdzenia stojana znajdujaca sie blizej nabiegunnika pierwszego. W czesci obwodowej bieguna magnetycznego stojana znajduje sie wyciecie przesuniete nieco w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu twornika. < Wynalazek dotyczy maszyn wirujacych, ale zostanie omówiony na przykladzie jego wykonania odnosza* cym sie jedynie do silników komutatorowych pradu zmiennego dla ulatwienia przedstawienia istoty wynalazku.Zakres wynalazku nie ogranicza sie jednak do silników komutatorowych pradu zmiennego, ale ma tez zastosowanie do innych wymienionych wyzej maszyn wirujacych.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladowym jego wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia ksztalt jarzma stojana i rdzenia twornika silnika komutatorowego pradu zmiennego w dotychczaso¬ wym rozwiazaniu z twornikiem umieszczonym obrotowo wewnatrz jarzma stojana, przy czym oba rdzenie sa przedstawione schematycznie z pominieciem zewnetrznych urzadzen pomocniczych w przekroju, fig. 2 — prace silnika komutatorowego jarzma jak na fig. 1, rozplyw strumienia magnetycznego w jarzmie stojana i rdzenia twornika, przy czym podane liczby okreslaja wartosc indukcji magnetycznej w poszczególnych miejscach tych rdzeni, fig. 3»- wykres natezenia pola magnetycznego w szczelinie miedzy stojanem i wirnikiem w znanym rozwiazaniu, fig. 4 — ksztalt jarzma stojana i rdzenia twornika wedlug wynalazku z uwidocznionym calkowitym przebiegiem linii sil pola magnetycznego w przekroju, fig. 5 — rozklad wartosci indukcji magnetycznej w róznych miejscach jarzma stojana i rdzenia twornika, fig. 6 - wykres porównawczy natezenia pola magnetycznego w szczelinie powietrznej uwidaczniajacy róznice w konstrukcji maszyny wedlug wynalazku i wedlug znanego rozwiazania, fig. 7 — przekrój zasadniczej czesci maszyny, a fig. 8 — inny przyklad wykonania maszyny wedlug wynalazku w przekroju, fig. 9 — jeszcze inny przyklad wykonania maszyny wedlug wynalazku w przekroju, fig. 10- równiez przyklad wykonania maszyny wedlug wynalazku w przekroju, fig. 11 — równiez przyklad wykonania maszyny wedlug wynalazku w przekroju.Rdzen twornika ma czternascie zebów 1 do 14. Rdzen stojana S ma dwa wydatne magnetyczne bieguny P.Na koncach biegunów P utworzone sa nabiegunniki 15 i 16 symetryczne wzgledem geometrycznej osi O—O biegunów. Przez Y oznaczono jarzmo rdzenia stojana obejmujace czesci nabiegunnika 15 i 16, z których pierwsza okreslono jako „czesc nabiegunnika w kierunku zgodnym z obrotami wirnika", a druga jako „czesc nabiegunnika W kierunku przeciwnym do obrotów wirnika". Czesc 17 jarzma Y jest przeciwstawna nabiegunników i 15 w kierunku zgodnym z etylami wirnika, a czesc 18 jarzma Y jest przeciwlegla do nabiegunnika 16 w kierunku przeciwnym do obrotów wirnika, które to czesci jarzma okreslone beda jako przeciwlegle czesci jarzma.Wyciecia 19 sa niezbedne ze wzgledów technologicznych montazu maszyny. Jarzmo Y, bieguny P magnetyczne, nabiegunniki 15 i 16, przeciwlegle im rdzenie 17 i 18 z wycieciem 19, wszystkie wymienione czesci stojana sa wykonane zwykle z pakietów z krzemowej blachy stalowej, sprasowanych w jedna calosc. Czesci 15 i 16 nabiegunnika moga byc jednak przymocowane do biegunów P jako oddzielne elementy. Uzwojenie stojana 20 nawiniete na bieguny P, uzupelnia stojan maszyny. Ukryte uzwojenia 21 twornika jest rozlozone w zlobkach 22 utworzonych na zewnetrznej powierzchni twornika A, przy czym uzwojenie 21 nawiniete na rdzen twornika A tworzy wraz z tym rdzeniem wlasciwy twornik. Wglebienie 23 jest utworzone w rdzenili S stojana, w którym zalozenie jest uzwojenie 20 stojana.Jako rezultat róznych rozwazan nad dalsza miniaturyzacja opisanej konstrukcji maszyny wedlug wynalazku pomierzono wspólczynnik wykorzystania stalowych rdzeni maszynowych dla zbadania, fczy sa one w calosci efektywnie wykorzystane. W pomiarach tych wymagane bylo tylko okreslenie indukcji magnetycznej w róznych miejscach rdzeni stalowych maszyny, totez do pomiarów uzyto hallotronów i cewki wzorcowej w znanym dobrze ukladzie. Wyniki pomiarów zestawiono w postaci wartosci liczbowych (fig. 2)1 w postaci wykreslnej rozkladu natezenia pola magnetycznego w szczelinie powietrznej g (fig. 3).70892 3 Pomiarami tymi potwierdzono zjawisko, które tez jasno wynika z fig. 2 i 3, ze rozklad indukcji ulega deformacji na skutek reakcji twornika, w kierunku przeciwnym do obrotów maszyny komutatorowej w czasie jej pracy silnikowej i w tym stanie, mimo symetrycznego rdzenia stoja na, czesc 15 nabiegunnika w kierunku zgodnym z obrotarni silnika wykazuje indukcje o wartosci 0,19, 0,6 M,0Wb/m2, a wiec jej stal nie jest efektywnie wykorzystana, podczas gdy czesc 16 nabiegunnika w kierunku przeciwnym do obrotów silnika osiaga o wiele wiekszy poziom indukcji 1,05, 2,07 i 1,45 Wb/m2, to jest jej stal wykorzystywana jest w warunkach znacznie poza punktem nasycenia. Jednakze przekrój drogi przeplywu strumienia magnetycznego ze strony czesci 15 nabiegunriika w kierunku obrotów silnika do twornika A rozciaga sie do czesci nabiegunnika w kierunku przeciwnym do obrotów silnika i zajmuje stosunkowo duza czesc powierzchni bieguna P tak, ze calkowity strumien rnagnetyczny wzrasta. Liczby podane na fig. 2 wskazuja wartosc 1,76 Wb/m2; to jest o 17% wieksza w stosunku do wartosci indukcji w przeciwleglej czesci 18 jarzma w kierunku przeciwnym do obrotów silnika, wynoszacej 1,5 Wb/m2. Jest wobec tego jasne, ze przy dotychczasowym ksztalcie rdzenia S stojana niezaleznie od niskiego wspólczynnika wykorzystania biegunów P magnetycznych istnieje problem odpowiednie¬ go zwymiarowania jarzma P. Jednoczesnie stalo sie jasne, ze czesc 16 nabiegunnika w kierunku przeciwnym do obrotów silnika jest wstanie pelnego nasycenia ze wzgledu na duza indukcje, a w rezultacie wykazuje duza opornosc magnetyczna.Wobec takich wyników analizy rozpatrywanych zjawisk podjeto mysl, ze w przypadku równomiernego rozlozenia strumienia magnetycznego laczna jego wartosc powinna sie powiekszyc, przez co uzyskano by silnik o wysokiej sprawnosci, a w konsekwencji o zwiekszonej mocy uzytecznej.W tym celu zbadano, czy konstrukcja rdzeni maszyny polegajaca na tym, ze zmniejsza sie szczeline powietrzna w miejscach wystepowania niniejszego natezenia strumienia magnetycznego dla ulatwienia jego przeplywu, a zwieksza ja w miejscach wiekszego natezenia strumienia dla utrudnienia jego przeplywu w tych miejscach, pozwoli uzyskac oczekiwany równomierny rozklad strumienia magnetycznego. Jednakze uzyskany wynik byl wrecz przeciwny do oczekiwanetio. Silnik komutatorowy zmniejszyl swoja sprawnosc przy zmniejszonym strumieniu magnetycznym, bez jakiegokolwiek wzrostu mocy uzytecznej. Stalo sie to wskutek tego, ze w miejscach gdzie juz uprzednio indukcja magnetyczna osiagala duze wartosci, nie powiekszyla sie ona bynajmniej po zwezeniu szczeliny powietrznej. Traktujac wyrazniej, stwierdzono, ze calkowity strumien przenikajacy przez szczeline g powietrzna jest maly, jak to obrazuje fig. 2, w tym równiez w zebach 1 lub 2 twornika A, a to wskutek dzialania sily elektromotorycznej reakcji twornika i z tego powodu zmniejszenie szerokosci szczeliny g nie spowodowalo istotnego wzrostu indukcji magnetycznej, gdy tymczasem w miejscach, gdzie wartosci indukcji byly wieksze, spowodowano gwaltowne ich zmniejszenie, co doprowadzilo do zmniejszenia równiez calkowitego strumienia magnetycznego maszyny. Celem zwiekszenia tego strumienia w tych nierównych odcinkach nalezaloby zwiekszyc przekroje wszystkich czesci obwodu magnetycznego, aby doprowadzic do zmniejszenia wartosci indukcji magnetycznej, wykryto w kazdym badz razie, ze trudno jest zwiekszyc strumien ponad ten, jaki uzyskuje sie przy równomiernej szczelinie g nawet przy zastosowaniu podanych pomiarów, a wiec nie mozna oczekiwac powieekszenia strumienia przez tworzenie nierównomiernej szczeliny g. < Stwierdzono, ze dla uzyskania silnika komutatorowego o zwiekszonym calkowitym strumieniu magnetycz¬ nym w celu zwiekszenia jego mocy uzytecznej, bardziej celowe jest doprowadzic do przeplywu wiekszego strumienia raczej przez te czesci rdzenia maszyny, gdzie strumien osiaga juz duza wartosc, anizeli dazyc do równomiernego rozkladu strumienia we wszystkich jej czesciach.Powolujac sie na fig. 3, rozklad strumienia w czesci zebów 5 i 6 twornika A jest tego rodzaju, ze spada gwaltownie po prawej ich stronie.Powyzsze wskazuje na to, ze pokazana na fig. 1 czesc 16 nabiegunnika w kierunku przeciwnym do obrotów silnika staje sie nasycona magnetycznie, wskutek czego znacznie wzrasta jej opornosc magnetyczna. W przeciw¬ stawieniu z tym, czesc 15 nabiegunnika w kierunku zgodnym z obrotami silnika wykazuje mala indukcje i jest niekorzystnie rozwiazana przez to, ze pozwala na latwiejszy przeplyw strumienia rozproszenia od uzwojenia 20 stojana i strumienia reakcji twornika. Konstrukcja maszyny ulepszona z takiego pun.ktu widzenia pokazana jest na fig. 4; przy czym pole przekroju czesci 16 nabiegunnika wyrobionej w calosci rdzenia S stojana w kierunku przeciwnym do obrotów silnika jest powiekszone (przez pogrubienie tej czesci), by w ten sposób ulatwic jeszcze bardziej przeplyw strumienia, gdy tymczasem podobna czesc 15 nabiegunnika w kierunku przeciwnym do obrotów pocieniono, aby utrudnic przeplyw strumienia, a przez to zwiekszyc opornosc magnetyczna dla strumienia rozproszenia, a zarazem tez dla strumienia reakcji twornika. Cala konstrukcja rdzenia maszyny nakreslona jest na fig. 4 ciaglymi liniami. Fig. 7'przedstawia porównanie rozwiazania wedlug fig. 4 z rozwiaza¬ niem dotychczasowym zaznaczonym linia przerywana. Przy takiej ulepszonej konstrukcji rdzenia maszyny rozklad strumienia w calym rdzeniu przedstawiony jest w postaci linii sil na fig. 4; który wskazuje na tendencje4 70 892 znacznego zwiekszenia indukcji magnetycznej po stronie czesci 16 nabiegunnika w kierunku odwrotnym do obrotów silnika. « .Wartosci indukcji magnetycznej w róznych miejscach tak zmodyfikowanej konstrukcji rdzenia maszyn pomierzono w ten sam sposób, jak poprzednio opisany, a wyniki tych pomiarów podano na fig. 5 w postaci liczbowej (wWb/m2). Z rysunku tego podajacego wartosc indukcji magnetycznej w czesci 15 nabiegunnika w kierunku obrotów silnika i w czesci 16 nabiegunnika w kierunku przeciwnym do obrotów silnika wynika wyraznie, ze indukcja osiaga bardzo duze wartosci na krancu czesci 16, podczas gdy przeciwlegle czesci 17 i 18 rdzenia wykazuja w przyblizeniu ten sam poziom indukcji magnetycznej tak, ze rdzen stalowy maszyny moze byc efektywnie wykorzystany, jesli tylko osiaga odpowiedni poziom nasycenia. Rozklad natezenia pola magnetycznego w szczelinie g powietrznej maszyny o takiej konstrukcji przedstawionyiest w postaci wykresu na fig. 6 zaznaczonego linia ciagla, gdy tymczasem linia przerywana pokazano porównawczo podobny rozklad natezenia pola dla maszyny w dotychczasowym rozwiazaniu. Jak widac na rysunku, natezenie pola zmniejszajace sie w maszynie o dotychczasowej konstrukcji w skrajnym stopniu, szczególnie przy zebie 5, wzrasta w maszynie o ulepszonej konstrukcji zgodnie z wykresem wykonanym linia ciagla i w ten sposób zwieksza sie calkowity strumien magnetyczny maszyny mniej wiecej o 10%.Aczkolwiek zwiekszenie powierzchni przekroju czesci 16 bieguna w kierunku przeciwnym do obrotów silnika powoduje wzrost strumienia reakcji twornika, to jednak magnesowanie zebów 5 i 6 zbliza sie do punktu nasycenia tak, ze strumien reakcji twornika wzrasta w niewielkim stopniu i obserwuje sie nawet jego zmniejszenie w zebach 1 i 7. Nalezy rozumiec przez to, ze przy usytuowaniu szczotki (nie uwidocznionej na rysunku) przy zebach 6 i 7 w miejscach przekazanych na fig. 6 (w których to miejscach natezenie pola magnetycznego jest mniejsze niz w przypadku symetrycznych biegunów magnetycznych), przebieg komutacji jest korzystniejszy niz w dotychczasowym wykonaniu maszyny.Poniewaz male jednofazowe silniki komutatorowe nie maja z reguly biegunów pomocniczych, w celu poprawienia komutacji praktykuje sie przesuwanie szczotek w kierunku przeciwnym do obrotów wirnika.Jesli jednak reakcja twornika wywiera silniejszy wplyw na prace silnika, strumien glówny maszyny doznaje duzych zmian, w nastepstwie czego nie uzyskuje sie strumienia zdolnego wytworzyc sile elektromotoryczna potrzebna do prawidlowego przebiegu komutacji. Istnieja dwa sposoby ograniczenia reakcji twornika, z których pierwszy polega na zwiekszeniu szczeliny g powietrznej, a drugi — na zmniejszeniu liczby zwojów uzwojenia 21 twornika. Sposoby te sa jednak niekorzystne z nastepujacych wzgledów. Silnik komutatorowy o tej samej znamionowej mocy i predkosci obrotowej wypada przy takim ulepszeniu komutacji z dotychczasowej konstruk¬ cji duzy, co sprzeciwia sie ogólnym dazeniom do miniaturyzacji urzadzen i jest niepozadane.Jednakze w przypadku rozwiazania konstrukcyjnego pokazanego na fig. 4 z polem sil magnetomotorycz- nych i wielkoscia strumieni, jak w silniku o dotychczasowej konstrukcji, mozna albo zwiekszyc strumien glówny silnika, albo pójsc na dalsza miniaturyzacje i zmniejszenie jego kosztów, albo tez polepszyc jeszcze bardziej warunki komutacji i maszyny badz to przez niewielkie poszerzenie szczeliny powietrznej w czesci g badz przez zwiekszenie liczby zwojów uzwojenia 20 twornika.Jako rezultat badania rozkladu strumienia magnetycznego w czesci S rdzenia stojana w silniku o dotych¬ czasowej konstrukcji pokazanym na fig. 1 wykryto, ze przeciwlegla czesc 18 jarzma stojana wykazuje mniejsze wartosci indukcji niz przeciwlegla czesc 17. Stad przeciwlegla czesc 18 jarzma stojana mozna wykonac o przekroju mniejszym niz przeciwlegla czesc 17 bez zadnych zaklócen w pracy silnika, jak równiez mozna powiekszyc nieco pole przekroju czesci 17 przeciwleglej jarzma w stosunku do przekroju w dotychczasowym rozwiazaniu rdzenia stojana, a to w celu zwiekszenia strumienia magnetycznego, po czym spodziewac sie mozna dalszego wzrostu sprawnosci silnika. Konkretyzujac, pole przekroju obwodu magnetycznego strumienia przeply¬ wajacego z czesci 15 nabiegunnika w kierunku zgodnym z obrotami silnika do twornika A jest bardzo duze i dlatego mimo malej indukcji magnetycznej w czesci 15 nabiegunnika w kierunku obrotów wirnika zwieksza sie calkowity strumien magnetyczny maszyny, którego czesc przeplywajaca przez przeciwlegla czesc 17 jarzma ulega oczywiscie równiez powiekszeniu. W ten sposób stosownie do powiekszenia pola przekroju obwodu magnetycznego przeciwleglej czesci 17 jarzma stojana przeplynie przez nia jeszcze wiekszy strumien zwiekszajac moc uzyteczna silnika. Wrecz odwrotnie, indukcja magnetyczna w przeciwleglej czesci 18 jarzma stojana w kierunku przeciwnym do obrotów silnika jest mala, mimo ze czesc 16 nabiegunnika w kierunku przeciwnym do obrotów wirnika jest nasycona magnetycznie, co powoduje, ze rdzen stalowy maszyny nie jest w tym nalezycie wykorzystany. Stosownie do tego pole przekroju tej przeciwleglej czesci 18 jarzma moze byc nieco zmniejszone bez jakichkolwiek ujemnych skutków. Stanowi to bardzo pozyteczna wskazówke dla zmniejszenia wymiarów maszyny. Precyzujac dokladniej, utworzone w rdzeniu stojana miejsca na uzwojenie 20 lub inaczej wglebienie 23, uwzgledniajac chlodzenie tego uzwojenia, powinny miec mozliwie jak najmniejsze wymiary. Dla przykladu, jesli powiekszy sie przekrój nabiegunnika, to zmniejszy sie w tym samym stopniu wglebienie 23 i nie70 892 5 ma wtedy innego sposobu umieszczenia zwojenia, jak tylko przez zwiekszenie zewnetrznych wymiarów jarzma Y w celu zapewnienia odpowiedniego chlodzenia uzwojenia 20 stoja na.Zgodnie z drugim z wymienionych rozwiazan stojana silnika wedlug wynalazku, pokazanym na fig. 8, jarzmo Y pozwala na powiekszenie calkowitego strumienia magnetycznego, a przy tym moze byc wykonanie niesymetrycznie. W szczególnosci przez pogrubienie przeciwleglej czesci 17 rdzenia stojana po stronie nabiegun- nika 15 w kierunku zgodnym z obrotami wirnika przy jednoczesnym pocienieniu przeciwleglej czesci 18 rdzenia stojana po stronie czesci 16 nabiegunnika, który ma miec zwiekszony przekrój, zapewnia sie minimalne wymiary wglebienia 23 zapewniajace odpowiednie chlodzenie uzwojenia 20 stojana bez powiekszenia zewnetrznych wymiarów rdzenia S stojana. Daje to w wyniku wzrost calkowitego strumienia magnetycznego zgodnie z po¬ przednim omówieniem, co prowadzi do korzystnego zwiekszenia mocy uzytecznej silnika. Chociaz zwiekszony przekrój przeciwleglej czesci 17 jarzma stojana prowadzi do powiekszenia strumienia rozproszenia w poblizu bieguna P, to jednak zmniejszony przekrój czesci 15 nabiegunnika w kierunku zgodnym z obrotami wirnika, jak to pokazuje fig. 7; zwieksza opornosc tej czesci obwodu magnetycznego, co z kolei ogranicza wzrost strumienia rozproszenia. W przeciwienstwie dó tego, chociaz powiekszony przekrój czesci 16 nabiegunnika w kierunku przeciwnym do obrotów wirnika, jak to wynika z fig. 3, zwieksza strumien rozproszenia w sposób podobny do opisanego wyzej, ten wzrost strumienia rozproszenia moze byc jednak stlumiony przez zmniejszenie pola przekroju przeciwleglej czesci 18 jarzma stojana. W ten sposób mozliwe staje sie w ogólnosci polepszenie komutacji silnika komutatorowego pradu zmiennego. * W mysj podanego opisu istnieja dwa sposoby polepszenia sprawnosci, a przez to zwiekszenie mocy uzytecznej silnika. Jeden ze sposobów polega na niesymetrycznym uksztaltowaniu jarzma pod wzgledem jego przekroju w poblizu biegunów P magnetycznych rdzenia S stojana. Drugi sposób natomiast polega na zróznicowa¬ niu przekrojów obu czesci 15 i 16 nabiegunników. Konstrukcja pokazana na fig. 9 wykorzystuje oba te sposoby jednoczesnie, przy czym wykazuje ona wiekszy wzrost mocy uzytecznej niz konstrukcja urzeczywistniajaca tylko jeden z wymienionych sposobów. Ponadto konstrukcja pokazana na fig. 9 powoduje tlumienie strumienia magnetycznego od reakcji twornika i jest zalecana ze wzgledu na wymagane polepszenie warunków komutacji maszyny. Ksztalt rdzenia stojana pokazany na fig. 9 linia przerywana odpowiada tradycyjnemu rozwiazaniu konstrukcyjnemu maszyny.Jesli, stosownie do trzeciego rozwiazania wedlug wynalazku pokazanego na fig. 10, przesunie sie wyciecie 19 wykonane w zewnetrznej czesci rdzenia S stojana nieco w kierunku przeciwnym do obrotów wirnika silnika w stosunku do geometrycznej osi O—O bieguna p magnetycznego, to powieksza sie w ten sposób przekrój obwodu magnetycznego w przeciwleglej czesci 17 jarzma stojana po stronie bieguna w kierunku zgodnym z obrotami silnika. Oczywiscie przekrój obwodu magnetycznego w przeciwleglej czesci 18 jarzma po stronie przeciwnej do kierunku obrotów silnika staje sie przez to samo mniejszy. Dzieki temu calkowity strumien magnetyczny maszyny wzrasta, a wspólczynnik wykorzystania rdzenia S stojana ulega jeszcze dalszemu polepsze¬ niu, po czym oczekiwac nalezy tez wzrostu mocy uzytecznej silnika. Fig. 10 pokazuje narysowany linia ciagla ksztalt rdzenia stojana, który uwzglednia tez ustalenia wymiarowe pierwszego i drugiego podanego poprzednio rozwiazania rdzenia silnika wedlug wynalazku, natomiast linia przerywana zaznaczono ksztalt rdzenia wedlug tradycyjnego rozwiazania symetrycznego.W niektórych dotychczasowych rozwiazaniach silników komutatorowych pradu zmiennego stosuje sie nierównomierna szczeline g powietrzna w celu polepszenia warunków komutacji. Przez kombinacje nirównomier- nej szczeliny i róznych ksztaltów rdzenia stojana wedlug wynalazku mozna uzyskac silnik komutatorowy polepszony pod wzgledem sprawnosci i warunków komutacji. Jak to wynika z fig. 2 indukcja od strumienia reakcji twornika jest wieksza w zebach 1 i 2 niz w zebach 5 i 6. Wobec tego przez zmniejszenie szczeliny g miedzy nabiegunnikiem 16 w kierunku przeciwnym do obrotów silnika a zebami 5 i 6 i zwiekszenie jej miedzy nabiegunnikiem 15 w kierunku zgodnym z obrotami silnika a zebami 1 i 2 strumien magnetyczny po stronie nabiegunnika 16 w kierunku przeciwnym do obrotów silnika zwieksza sie powiekszajac calkowity strumien maszyny i w ten sposób poprawia sie sprawnosc, a jednoczesnie zwieksza sie opornosc magnetyczna po stronie 15 nabiegunnika w kierunku zgodnym z obrotami silnika, co polepsza warunki komutacji. Taka konstruk¬ cja silnika pokazana jest na fig. 11 jako czwarte rozwiazanie wedlug wynalazku. W tradycyjnej konstrukcji silnika, w której nabiegunniki sa symetryczne, a szczelina g powietrzna nierównomierna, nie mozna oczekiwac wzrostu strumieni magnetycznych ze wzgledu na nasycenie magnetyczne czesci 16 nabiegunnika w kierunku przeciwnym do obrotów silnika.Ze wzgledu na warunki komutacji nie zaleca sie zmniejszenia szczeliny powietrznej po stronie 16 nabiegunnika w kierunku przeciwnym do obrotów silnika. Jednakze zeby 5 i 6 sa magnetycznie nasycone dla zabezpieczenia sie przed przeplywem strumienia reakcji twornika, co pozwala na powiekszenie szczeliny po stronie 15 nabiegunnika w kierunku zgodnym z obrotami silnika. W ten sposób uzyskuje sie polepszenie6 70 892 warunków komutacji. Taka konstrukcja silnika jest pokazana na fig. 11 linia ciagla, natomiast linia przerywana zaznaczono konstrukcje silnika wedlug tradycyjnego rozwiazania.Przy opisanych wyzej niesymetrycznych biegunach P magnetycznych ich podstawowe czesci rpaja tenden¬ cje do zwiekszania swych wymiarów. Z tych przyczyn uzwojenie 20 stojana nawiniete na biegunach P magnetycznych osiaga nieekonomiczna dlugosc. Dlatego czesc 15 nabiegunnika pocienia sie, jak to pokazano na fig. 9 do 11, mozliwie jak najbardziej, a jednoczesnie nadaje sie jarzmu maszyny taki ksztalt, aby najglebsze czesci wzglebienia 23 czesci oznaczonej litera A znajdowaly sie mozliwie jak najblizej czesci B bieguna, co pozwala na skrócenie uzwojen 20 stojana.Poniewaz straty w miedzi uzwojenia stojana sa przy stalym przekroju drutu nawojowego proporcjonalne do jego dlugosci przy tej samej liczbie zwojów, zatem zmniejszaja sie w miare skracania uzwojenia, a dzieki temu wzrasta moc uzyteczna silnika.Jak wynika z powyzszego opisu, wynalazek dotyczy wirujacego silnika elektrycznego zdolnego wytwarzac zwiekszona moc uzytkowa i majacego komutator bez zwiekszenia wymiarów zewnetrznych. W tym celu poprawia sie wykorzystanie rdzenia stojana na zasadzie pomiarów rozkladu indukcji magnetycznej w tym rdzeniu. Biorac szczególowo, na koncach biegunów magnetycznych stojana wyksztaltowane sa nabiegunniki niesymetryczne wzgledem geometrycznej osi biegunów, przy czym czesci nabiegunników w kierunku przeciw¬ nym do obrotów silnika maja przekrój obwodu magnetycznego wiekszy niz przekrój czesci nabiegunników w kierunku zgodnym z obrotami silnika.Aczkolwiek opis odnosi sie do silnika komutatorowego pradu zmiennego, wynalazek moze miec zastosowanie równiez do pradnicy komutatorowej pradu zmiennego, silnika i pradnicy pradu stalego i do innych maszyn wirujacych. Biorac scislej, poniewaz w pradnicy strumien magnetyczny jest zdeformowany pod wplywem reakcji twornika w kierunku obrotów wirnika, przekrój czesci nabiegunników po stronie w kierunku zgodnym z tymi obrotami powinien byc wiekszy od przekroju czesci nabiegunników w odwrotnym kierunku, podczas gdy stosunek ten winien byc odwrotny w odniesieniu do przekroju przeciwleglych czesci jarzma stojana. Wszystkie rozwiazania sa w swej zasadzie w odniesieniu do pradnicy odwrotnie jak w silniku, tak ze wynalazek moze byc w latwy sposób wykorzystany przez zastosowanie odwróconego w stosunku do kierunku obrotów maszyny zmodyfikowanego ksztaltu rdzenia stojana.Mozliwe sa tez inne wykonania maszyn w ramach zastrzezen dotyczacych omówionego wynalazku. PL PL

Claims (6)

1. Zastrzezeniapatentowe 1. Elektryczna maszyna wirujaca, w której znajduje sie rdzen stojana, bieguny magnetyczne wyposazone na koncach w dwa nabiegunniki tworzace nierozdzielna calosc, zawierajace uzwojenie stojana umieszczone we wglebieniach utworzonych miedzy biegunami magnetycznymi a jarzmem, przy czym uzwojenia stojana sa nawiniete na bieguny magnetyczne wyposazona w twornik osadzony obrotowo w srodku rdzenia stojana, którego uzwojenie znajduje sie we wglebieniach rdzenia twornika oraz zespól doprowadzajacy prad do uzwojen twornika i stojana, znamienna tym, ze jeden z nabiegunników (15,16) znajdujacy sie w polu magnetycznym w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu twornika ma pole przekroju poprzecznego obwodu magnetycznego wieksze niz pole przekroju poprzecznego drugiego nabiegunnika umieszczonego w polu magnetycznym po stronie kierunku zgodnego z obrotem twornika.

2. Maszyna wedlug zastrz. 1, z n a m i e n n a t y m, ze czesc rdzenia (S) stojana znajdujaca sie blizej nabiegunnika drugiego (15) ma pole przekroju poprzecznego drogi magnetycznej przebywanej przez czesc rdzenia (S) stojana wieksze- niz pole przekroju poprzecznego drogi magnetycznej przebywanej przez czesc rdzenia stojana znajdujaca sie blizej nabiegunnika pierwszego (16).

3. Maszyna wedlug zastrz. 1; znamienna tym, ze w zewnetrznej czesci obwodowej kazdego bieguna magnetycznego stojana znajduje sie wyciecie (19) przesuniete nieco w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu twornika w stosunku do osi geometrycznej kazdego bieguna magnetycznego.

4. Maszyna wedlug zastrz. 1; znamienna tym, ze szczelina powietrzna znajdujaca sie miedzy drugim nabiegunnikiem kazdego bieguna magnetycznego a twornikiem ma szerokosc (g) wieksza niz szerokosc szczeliny powietrznej utworzonej miedzy pierwszym nabiegunnikiem kazdego bieguna magnetycznego a twornikiem.

5. Maszyna wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze szczotka jest umieszczona w kazdym polozeniu twornika wzdluz obwodu twornika gdzie gestosc strumienia magnetycznego jest zasadniczo mniejsza niz w jego poblizu.70 892 FIG. I FIG. 2 . s70 892 13* 12- II- 10- 9- 8- I *¦

6. - 5- 4- 3- 2 I- 0 -2- ~~p ^ 0 !?!"'"]; ';HT^I? ||::ii;;^:;i!!!p! p ^ / # P 2 FIG. 3 " tz p © c—p li':""' : ,!,)r: i ;••'*':: li:ii;i:i; :¦ , 'im ¦;i]| _Z_J er P J © 4 e 5 $ * f—| J ^ 1 / c 6 fi M 1 u 1 1 Vi \ • PT & FIG.70 892 FIG. 5 HG. 6 II"'!1'!"' 'hillH Firn-;"!TllTfTHtB ~p ej p c p c_ p cj p70 892 CZY i L L ^5 i. Urzedu Poicr.to^-ego' PelskiRl lzeezrpft-fr;*«i Lurewj Prac. Poligraf. UP PRL Naklad 120 + 18 egz. Cena 10 zl PL PL