UA23152U

UA23152U - Collectorless direct current machine

Info

Publication number: UA23152U
Application number: UAU200613265U
Authority: UA
Inventors: Oleksandr Serhiiovych Filenko
Original assignee: Yurii Kondratiuk Poltava Nat T
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2007-05-10

Abstract

The collectorless direct current machine relates to electric machines with armature winding having simple construction and may be produced at equipment using technologies for producing of rotor winding of asynchronous engines.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель відноситься до електричних машин, зокрема до машин постійного струму. 2 Відома колекторна машина постійного струму |(Брускин Д.З. Злектрические машиньі и микромашинь. - М.:The useful model applies to electric machines, in particular to direct current machines. 2 A well-known DC collector machine (D.Z. Bruskin, Electrical machines and micromachines. - M.:

Вьісшая школа, 1990. -С.399|). Її робота можлива лише за наявності в котушках обмотки якоря змінного електричного струму, частота якого узгоджена із частотою обертання вала. У зв'язку із цим для підключення обмотки якоря до зовнішньої мережі постійного струму необхідний складний комутуючий пристрій, що містить колектор. Останній знижує надійність електричної машини, підвищує вартість та трудомісткість її виготовлення, 70 потребує регулярного догляду під час експлуатації, є джерелом пожежонебезпеки, ускладнює конструювання машин великої потужності.Higher school, 1990. - p. 399|). Its operation is possible only if there is alternating current in the coils of the armature winding, the frequency of which is coordinated with the frequency of rotation of the shaft. In this regard, a complex switching device containing a collector is required to connect the armature winding to the external direct current network. The latter reduces the reliability of the electric machine, increases the cost and complexity of its manufacture, 70 requires regular maintenance during operation, is a source of fire hazard, and complicates the design of high-power machines.

З метою усунення недоліків колекторних машин були створені машини з безконтактним комутатором (Иванов-Смоленский А.В. Злектрические машиньі. -М.: Знергия, 1980. -С.780). Безконтактний комутатор дає змогу збільшити ККД та надійність електричної машини, але підвищує її вартість через наявність 12 напівпровідникового блока-комутатора й чутливих датчиків ЕРС Хола. Тому масово з безконтактним комутатором випускаються лише двигуни постійного струму, потужність яких не перевищує 1кВт.In order to eliminate the shortcomings of collector machines, machines with a contactless commutator were created (Ivanov-Smolensky A.V. Zlectricheskie mashinyi. - Moscow: Znergiya, 1980. - P.780). The contactless switch allows to increase the efficiency and reliability of the electric machine, but increases its cost due to the presence of 12 semiconductor block-switch and sensitive EMF Hall sensors. Therefore, only direct current motors with a capacity of no more than 1 kW are mass-produced with a contactless switch.

Мета корисної моделі -- поліпшити експлуатаційні якості машини постійного струму зі збереженням Її собівартості на прийнятному рівні. Мета досягається тим, що завдяки зміненій конструкції статора і якоря безперервне електромеханічне перетворення енергії в машині можливе при проходженні в обмотці якоря постійного, а не змінного струму. Це дає змогу замінити колектор простим струмознімальним пристроєм із двома ковзними контактами.The purpose of the useful model is to improve the performance of the DC machine while maintaining its cost at an acceptable level. The goal is achieved by the fact that thanks to the changed design of the stator and armature, continuous electromechanical energy conversion in the machine is possible when passing through the armature winding a direct current, not an alternating current. This makes it possible to replace the collector with a simple current collector with two sliding contacts.

Безколекторна машина постійного струму (Фіг.1, 2) складається з нерухомого статора, якоря, котрий обертається, та струмознімального пристрою. Статор розділений упоперек осі машини на дві однакові за будовою частини, кожна з яких містить закріплені на корпусі (1) полюсні осердя (2), охоплені котушками (3) 22 обмотки збудження. Котушки підключені до мережі постійного струму таким чином, що створюваний струмом -о магнітний потік Ф із магнітною індукцією ЕД У полюсних осердях першої та другої частин статора має протилежні напрямки. Струмознімальний пристрій складається з двох закріплених на валу контактних кілець (4), ізольованих одне від одного й електрично пов'язаних із ними через ковзні контакти щіток (5), підключених до зовнішньої са електричної мережі. Якір містить вал (6), магнітопровід якоря (7) та обмотку якоря, що складається з поздовжніх провідників (8), середини яких електрично з'єднані середнім кільцем (9), а кінці - торцевими о кільцями (10). Середнє кільце підключене до одного контактного кільця струмознімального пристрою, торцеві ч-- кільця підключені до другого контактного кільця. Обмотка якоря аналогічна за конструкцією обмотці ротора асинхронного двигуна й відрізняється лише наявністю середнього кільця. оA collectorless DC machine (Fig. 1, 2) consists of a stationary stator, a rotating armature, and a current collector. The stator is divided across the axis of the machine into two structurally identical parts, each of which contains pole cores (2) fixed to the body (1), covered by coils (3) 22 excitation windings. The coils are connected to the DC network in such a way that the magnetic flux Ф created by the current -o with the magnetic induction ED in the pole cores of the first and second parts of the stator has opposite directions. The current collecting device consists of two contact rings (4) attached to the shaft, isolated from each other and electrically connected to them through the sliding contacts of the brushes (5), connected to the external electrical network. The armature contains a shaft (6), an armature magnet wire (7) and an armature winding consisting of longitudinal conductors (8), the middle of which is electrically connected by the middle ring (9), and the ends by end o-rings (10). The middle ring is connected to one contact ring of the current collector, the end h-- rings are connected to the second contact ring. The armature winding is similar in design to the rotor winding of an asynchronous motor and differs only in the presence of the middle ring. at

Обмотка збудження підключена до живильної електричної мережі. При проходженні в котушках обмотки см збудження постійного струму в машині створюється магнітне поле збудження, магнітний потік Ф якого замикається через корпус, полюсні осердя та магнітопровід якоря в площинах, що проходять через вісь машини.The excitation winding is connected to the power supply network. When DC excitation passes through the coils of the winding cm in the machine, an excitation magnetic field is created, the magnetic flux Ф of which is closed through the body, pole cores and armature magnetic wire in the planes passing through the axis of the machine.

Безколекторна машина постійного струму оборотна: вона може працювати як у режимі двигуна, так і в режимі « генератора. Під час роботи машини в режимі двигуна обмотка якоря живиться постійнім струмом через струмознімальний пристрій. Поздовжні провідники її розділені середнім кільцем на дві частини. У частинах - с провідників, розташованих під полюсними осердями першої частини статора, протікає постійний струм І я4 а певного напряму (на Фіг.1, 2 показаний окремий випадок підключення обмотки якоря до живильної мережі, коли "» струм спрямований від середнього до торцевого кільця), який взаємодіє з магнітним потоком Ф, спрямованим від корпуса статора до осі машини. У частинах провідників, розміщених під полюсними осердями другої частини статора, протікає струм Ід» протилежного до Ії напряму, що взаємодіє з магнітним потоком, спрямованим від осі ко машини до корпуса статора. Оскільки по різні боки від середнього кільця змінюється як напрям струму обмотки о якоря, так і напрям магнітного потоку, що її перетинає, то епектромагнітні сили, які діють на обидві частини. поздовжніх провідників, мають однакову спрямованість відносно осі машини та створюють на валу якоря крутий - момент. Напрям обертання якоря залежить від полярності підключення обмотки збудження й обмотки якоря до сл 50 живильної мережі.A collectorless direct current machine is reversible: it can work both in the engine mode and in the "generator" mode. During the operation of the machine in motor mode, the armature winding is supplied with direct current through the current collector. Its longitudinal conductors are divided into two parts by the middle ring. In parts - c of the conductors, located under the pole cores of the first part of the stator, a constant current I and 4a of a certain direction flows (Fig. 1, 2 shows a special case of connecting the armature winding to the power supply network, when the "» current is directed from the middle to the end ring) , which interacts with the magnetic flux Ф directed from the stator body to the machine axis. In the parts of the conductors placed under the pole cores of the second part of the stator, a current Id" flows in the opposite direction to Ii, which interacts with the magnetic flux directed from the machine axis to the body Since on different sides of the middle ring both the direction of the armature winding current and the direction of the magnetic flux crossing it change, the electromagnetic forces acting on both parts of the longitudinal conductors have the same direction relative to the machine axis and create on the shaft armature torque - moment. The direction of rotation of the armature depends on the polarity of the connection of the excitation winding and the armature winding to sl 50 feeders network.

Робота машини в режимі генератора відрізняється тим, що якір приводиться в обертальний рух первинним що) двигуном, а до обмотки якоря через струмознімальний пристрій підключені споживачі струму. При цьому поздовжні провідники перетинають силові лінії магнітного поля збудження і в них індукуються постійні протилежно спрямовані струми Ід і Ід». До споживачів надходить повний струм І, рівний сумі струмів Ід4 та Ідо.The operation of the machine in the generator mode differs in that the armature is driven into rotational motion by the primary motor, and current consumers are connected to the armature winding through the current collector. At the same time, the longitudinal conductors cross the lines of force of the excitation magnetic field, and constant oppositely directed currents Id and Id are induced in them. The consumers receive the full current I, equal to the sum of the currents Id4 and Ido.

Полярність виводів обмотки якоря залежить від полярності підключення обмотки збудження та від напряму обертання якоря. с Безколекторна машина постійного струму вільна від недоліків, пов'язаних із колекторним вузлом сучасних машин. Для її нормальної роботи не потрібні додаткові збуджуючі полюси та компенсаційна обмотка. Завдяки постійності магнітного поля машини спрощується та здешевлюється виготовлення магнітопроводів. Обмотка бо якоря має просту конструкцію і може виготовлятися на устаткуванні й за технологіями, призначеними для виготовлення обмоток роторів асинхронних двигунів. Струмознімальний пристрій аналогічний відповідному вузлу синхронних електричних машин і не має принципових відмінностей. Обидві частини статора є уніфікованими.The polarity of the terminals of the armature winding depends on the polarity of the connection of the excitation winding and on the direction of rotation of the armature. c A collectorless DC machine is free from the disadvantages associated with the collector node of modern machines. For its normal operation, additional exciting poles and compensation winding are not required. Thanks to the constancy of the machine's magnetic field, the manufacture of magnetic conductors is simplified and cheaper. The armature winding has a simple design and can be manufactured using the equipment and technologies designed for the manufacture of rotor windings of asynchronous motors. The current collector is similar to the corresponding unit of synchronous electric machines and has no fundamental differences. Both parts of the stator are unified.

Claims

The formula of the invention b5

A collectorless direct current machine containing a stationary stator consisting of pole cores fixed to the body, with excitation winding coils located on them, an armature made with the possibility of rotation, a shaft, an armature magnet wire, an armature winding and a current collector connecting the winding armature with an external electrical network, which differs in that the stator is divided across the axis of the machine into two identical parts, and the coils of the excitation winding are connected to the direct current network in such a way that the magnetic flux created by the current in the pole cores of the first and second parts of the stator has opposite relative to the axis of the machine direction, the current collector consists of two contact rings fixed on the shaft, isolated from each other, which are electrically connected through the sliding contacts of brushes with 7/0 External electrical network, the armature winding consists of longitudinal conductors, the middle of which is electrically connected and connected to one middle pin rings of the current collector, and the ends of the conductors are electrically connected and connected to the end contact rings. z z s IF) «- (ze) s

- and? name) (95) - 1 Ko) 60 b5