SU826502A1 - Шихтованный полюс электрической машины - Google Patents

Description

Изобретение относится к электричё-'’ ским машинам, а именно к тяговым электродвигателям и генераторам постоянного тока с явновыраженными полюсами, а также синхронным явнополюсным машинам. .

Известны шихтованные явновыраженные полюса электрических машин, в которых с помощью геометрии воздушного зазора частично реализованы требования по улучшению формы магнитного поля в нем, уменьшение высших гармонических в кривой магнитного поля осуществляется путем сдвига относительно друг друга отдельных полюсных листов, таким образом, чтобы по краям полюсов получилась гребенка с выступами, высота которых равна половине зуб.нового целения [1],.

Известны шихтованные полюса, решающие проблему улучшения формы магнитного поля путем применения скошенных на одно зубчовое деление по длине полюса отдельных его листов )2j.

Недостатком данных конструкций является то, что, во-первых, они не ослабляют наиболее сильно выраженные высшие гармонические магнитного поля, например 3,5,7- во-вторых, усложняется ⁵ сборка и ухудшается раскрой стали, из которой штампуются полюсные листы.

Известны шихтованные полюса, которые позволяют значительно расширить спектр подавляемых высших гармонических поля путем выполнения профиля полюсных наконечников по кривой вица

I R. \±1_Р 1 1 \ Й_о ) ~ Д) Sin PoL ’ где R. - текущий радиус;

- радиус цилиндрической поверхности, на которой расположены центры полюсов;

Р - число пар полюсов;

О - угловая координата, знак (+) относится к системе с внутренними полюсами, а знак (-) к системе с наружными полюсами [З].

Однако предложнный профиль полюсных наконечников технологически трудно реализуем и плохо контролируем, в связи со сложной трансцендентной зависимостью, описывающей его изменение. С другой стороны закон изменения воздушного зазора, получающегося при очертании полюсных наконечников все еше существенно отличается от известного оптимального закона изменения величины воздушного зазооа ^х COS L· где 6'₀ - зазор под центром полюса;

X - текущая координата;

- попюсное деление.

Учитывая технологические трудности, возникающие при изготовлении полюсных наконечников сложной формы, часто используют наконечники более простой формы; в малых машинах профиль наконечников обеспечивает постоянный зазор под всей полюсной дугой, в более мощных машинах распространены наконечники, профиль которых описан одним радиусом эксцентрично отстоящей окружности [4].

В этом случае оптимальный закон из менения воздушного зазора заменяется приближенно его реализующей зависимо- 39 стью где R ϊ - радиус расточки якоря;

£ ~ радиус окружности ограничивающей профиль полюсного на- конечника;

р₀ - расстояние между центрами окружностей радиусов $ . и R _{л п} ·*' · ^л & 40

Верхние знаки относятся к системе с наружными полюсами, а нижние к системе с внутренними полюсами.

Недостатком данного конструктивного решения является то, что закон измене45 ния величины воздушного зазора совпадает с оптимальным всего лишь в двух точках.

Известны шихтованные полюса, используемые в крупных, высокоиспопьзованных электрических машинах, например, в тяговых двигателях, у которых полюсный наконечник выполняют из двух частей; центральной и периферийной так, что профиль воздушного зазора получается, так называемой трапецеидальной формы: в центральной части на отрезке примерно 0,4 за,зор имеет постоянную величину, а в периферийной части возрастает по ли626502 4 нейному закону до 2 под краем полюсного наконечника [5].

Недостатком такой конструкции является сложность реализации такой формы наконечника.

Известны также шихтованные полюса электрических машин, содержащие ферромагнитный сердечник и полюсный наконечник с_гцентральной.относительно оси ΙΟ симметрии частью и периферийной частью, рабочие поверхности которых выполнены с различной кривизной [б].

Данное техническое решение наиболее близко к предлагаемому по технической 15 сущности и· достигаемому эффекту..

Недостатками конструкции такого полюса являются сложность практического исполнения второй (периферийной) части полюсного наконечника по сложной три2Q тонометрической зависимости и плохое использование стали, из которой штампуются листы полюсов, что увеличивает ее расход и повышает стоимость.

Цепь изобретения - уменьшение рас25 кода материалов и упрощение технологии изготовления.

Указанная цепь достигается тем, что профиль центральной части полюсного изконечника длиной не менее ширины полюсного сердечника ограничен со стороны рабочей поверхности дугой окружности радиуса

А где’ Й^ — радиус расточки якоря;

- высота полюса ;

- величина зазора под центром полюса.

знак (+) для наружной системы полюсов, знак (-) для внутренней системы полюсов, а профиль периферийной части упомянутого наконечника ограничен дугами окружности радиуса

гце<? - величины зазоров под краяПЧ ’ о ми полюсного наконечника и центральной его части соответственно;

82(';5θ2

Δ - ширина переходного участка .между двумя частями наконечника.

На фиг. 1 показана конструкция полюса; на фиг. 2 - построение профиля 5 полюсного наконечника; на фиг. 3 - схема штамповки полюсных листов с наконечником, имеющим профиль, ограниченный цугами двух окружностей.

Шихтованный явновыраженный полюс электрической машины представляет собой набранный из ферромагнитных листов 1 пакет, который состоит из полюсного сердечника 2, ограниченного с боковых сторон плоскостями, а сверху частью цилиндрической поверхности радиуса, , а также полюсного наконечника 3, верхние и боковые грани 4 которого являются плоскостями, а нижняя грань содержит периферийные участки 5 ²⁰ и центральную часть 6.

Центральная часть 6 полюсного наконечника 2 и периферийные участки 5 соединены между собой переходным участком 7. ²⁵

Центральная часть 6 имеет длину не 'менее ширины сердечника 2 полюса и очерчена радиусом

Периферийные участки 5 ограничены цугами окружностей радиуса

О -Q COS

Г <

♦

Как видно из фиг. 2 центральная часть 6 полюсного наконечника 2 ограничена ₍ дугой, эксцентрично отстоящей относительно окружности и якоря .( R₄’), причем межцентровое расстояние ( р_а ) между ними равно высоте полюса так что на Данном участке изменение величины зазора подчиняется закону

Изменение зазора на данном участке близко совпадает с упомянутым выше оптимапьным законом изменения воздушного зазора. Необходимая точность приближения закона изменения воздушного зазора к оптимальному на периферийных участках 5 полюсного наконечника обеспечивается ⁵⁵ ограничением их профиля, например, цилиндрической поверхности радиуса М ежцентрсвое расстояние окружностей радиуса 5?; при этом находится засечкой радиусом Й_п^из последней точки полюсного наконечника 3, имеющей координаты ( ^гл)·

Изготовление листов 1 полюса может производиться (при форме его, выполненной по предлагаемому изобретению), например, методом последовательной штамповки без перемычек по шагу, в соответствии с фиг. 3.

Помимо улучшения формы магнитного поля в зазоре, конструкция предлагаемого полюса выгодно отличается от известных меньшим насыщением полюсных наконечников, большей их механической прочностью, меньшим средним магнитным сопротивлением воздушного зазора при уменьшении потенциальной напряженности двигателя. Факторы уменьшения магнитного сопротивления воздушного зазора и улучшения формы магнитного поля позволяют повысить · электромагнитные нагрузки активных материалов электрических машин, например, уменьшить активную длину полюса, что имеет первостепенное значение для тяговых электродвигателей.

Изменяя величину переходного участка 5, можно добиться оптимального сечения для прохождения магнитного потока в переходе от центральной части 6 полюса к его наконечнику 2 в периферийной части 5, что весьма важно при проектировании электрической машины с явновыраженными полюсами, в частности при решении вопроса о размещении обмотки возбуждения.

Выполнение предлагаемого полюса без перемычек по шагу позволяет уменьшить расход материала, упростить изготовление штампов, т.е. упростить технологию изготовления и, следовательно, уменьшить' стоимость полюса.

Claims (6)

1. (54) ШИХТОВАННЫЙ ПОЛЮС ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЛААШИНЫ Оцнако прецпожнный профипь попнэсных наконечников текнопогически трудно реализуем и плохо контропируем, в св зи со сложной трансценаентной зависимостьчо , описывающей его изменение. С аругой стороны закон измене и  воздушного зазора, попучающегос  при очертании попюсных наконечников все еше существенно отличаетс  от известного оптимального закона изменени  вепичины воздушного зазооа , ,, pfvc. Jfy CDS -Tgrгце - зазор под центром попюса X - текуща  координата; попюсное деление. Учитыва  текнопогические трудности, возникающие при изготовлении полюсных накокечников сложной формы, часто испопьзуют наконечники более простой фор мы; в малых машинах профиль наконечни ков обеспечивает посто нный зазор под всей полюсной дугой, в более мощных машин распространены наконечники, профиль коTopbix описан одним радиусом эксцентрич но отсто щей окружности этом случае оптимальный закон из менени  возцушного зазора замен етс  приближенно его реализующей зависимостью , COS-rr{ - рациус расточки  кор  радиус окружности ограничивающей профиль полюсного н конечничса о «- рассто ние межцу центрами окружностей радиусов R и Вер ние знаки относ тс  к системе с наружными полюсами, а нижние к системе с внутреннимк полюсами. Нецостатком данного конструктивного решени   вл етс  то, что закон изменени  величины возцушного зазора дает с о.птимапьным всего лишь в двух точках, Известны ишхтованные полюса, испол зуемые в крупных, высокоиспопьзованны электрических машинах, например, в т говык двигател х, у которых полюсный наконечник выполн ют из двух частей; центральной и периферийной так, что пр филь возцушного Зазора получаетс , т к называемой трапецеидальной формы: в центральной части на отрезке примерно 0,4 за,зор имеет посто нную величину, в периферийной части возрастает по нинейному закону до 2 поц краем поюсного наконечника fsj. Недостатком такой конструкции  вл етс  сложность реализации такой формы аконечника. Известны также шихтованные полюса лектрических машин, содержащие ферромагнитный сердечник и полюсный наонечник с центральной, относительно оси имметриичастьюи периферийной частью, рабочие поверхности которых выполнены различной кривизной Гб. Данное техническое решение наиболее близко к предлагаемому по технической сущности и- достигаемому эффекту.. Недостатками конструкции такого полюса  вл ютс  сложность практического исполнени  второй (периферийной) части полюсного наконечника по сложной тригонометрическо .й зависимости и плохое использование стали, из которой штампуютс  листы полюсов, что увеличивает ее расчоЯ и повышает стоимость. Цепь изобретени  - уменьшение -рас оаа материалов и упрощение технологии изготовлени . Указанна  цель достигаетс  тем, что профиль центральной части полюсного наконечника длиной не менее ширины полюсного сердечника ограничен со стороны рабочей поверхности дугой окружности радиуса ) где R; радиус расточки  кор  - высота полюса , Р величина зазора поц центром полюса. знак (+) дл  наружной системы по-. л юсов, знак (-) дл  внутренней системы полюсов, а профиль периферийной части упом нутого наконечника ограничен дугами окружности радиуса R - е + к„ - к. гдес ,(а - величины зазоров под кра го ми попюсного  окон чника и центральной части с:оответстооино; Л - ширина переходного участка .мржау двум  част ми наконечника . На фиг. 1 показана конструкци  по- пюса; на фиг. 2 - построение профип  попюсного нaкoнeчникaj на фиг. 3 - схе ма штамповки попюсных листов с наконечником , имеющим профиль, ограниченный цугами двух окружностей. U иктованный  вновыраженный попюс электрической представл ет собой набранный из ферромагнитных пистов 1 пакет, который состоит из полюс ного сердечника 2, ограниченного с боковых сторон плоскост ми, а сверху частью цилиндрической поверхности рааиуса , R;j-vb - g , а также попюсного наконечника 3, верхние и боковые грани 4 которого  вл ютс  плоскост ми, а нижн  грань содержит периферийные участки 5 и центральную часть 6. Центральна  часть 6 полюсного наконечника 2 и периферийные участки 5 соединены между собой переходнык участком 7. Центральна  часть б имеет длину не менее ширины сердечника 2 полюса и очерчена радиусом (г о Периферийные участки 5 ограничены дугами окружностей радиуса cos Q -Q . COS 1зш /й+Д V 1-COS /cos- -/ 1 / Как видно из фиг. 2 центральна  час 6 полюсного наконечника 2 ограничена дугой, эксцентрично отсто щей относите но окружности и  кор  .{ ). причем межцентровое рассто ние ( PQ между ними равно вьюбте полюса , так что на Данном участке изменение величины зазора подчин етс  закону Ф,(, Изменение зазора на данном участке бли ко совпадает с упом нутым выше оптимальным законом изменени  воздушного зазора. Необходима  точность приближени  закона изменени  воздушного зазора к оптимальному на периферийных участка 5 полюсного наконечника обеспечиваетс  ограничением их профил , например, цилиндрической поверхности радиуса М ежцентрспоэ рассто ние окружностей i при этом находитс  радиуса засечкой радиусом RO., из посгтецней точки полюсного наконечника 3, имеющей координаты ( , ) Изготовление листов 1 попюса может производитьс  (при форме его, выполненной по предлагаемому изобретению), например , методом последовательной штамповки без перемычек по шагу, в соответствии с фиг. 3. Помимо улучшени  формы магнитного пол  в зазоре, коЕютрукци  предлагаемого полюса выгодно отличаетс  от извест- ных меньшим насыщением полюсных наконечников , большей их механической прочностью, меньшим средним магнитным сопротивлением воздушного зазора при уменьшении потенциальной напр женности двигател . Факторы уменьшени  магнитного сопротивлени  воздушного зазора и улучшени  формы магнитного пол  позвол ют ПОВЫСИТЬэлектромагнитные нагрузки активных материалов электрических машин, например, уменьшить активную длину попюса, что имеет первостепенное значение дл  т говых электродвигателей. Измен   величину переходного участка 5, можно добитьс  оптимального сечени  дл  прохождени  магнитного потока в переходе от центральной части 6 полюса к его наконечнику 2 в периферийной части 5, что весьма важно при проектировании электрической машины с  вновыраженны- ми попюсами, в частности при решении вопроса о размещении обмотки возбуждени . Выполнение предлагаемого полюса без перемычек по шагу позвол ет уменьшить расход матер апа, упростить изготовление штампов, т.е. упростить технологию изготовлени  и, следовательно, уменьшить стоимость полюса. Формула изобретени  Шихтованный полюс электрической машины, содержащий ферромагнитный сердечник с центральной относительно оси симметрии ч.астью и периферийной частью, рабочие поверхности которых выполнены с различной кривизной, отличающийс  тем, что, с цепью уменьшени  расхода материалов и упрощени  изготовлени , профиль центральной ограничен со стороны рабочей поверхности дугой окружности с радиусом . °Yi - г-v0 m а профиль периферийной части - дугами окружностей радиуса .,/co.5j - /ачд C-i где R - радиус расточки  кор ; ,6L,5, - величины зазоров пса центро краем центральной части и краем попюсного наконечник соответственно; wSvi ширина и высота полюса; ЬР - ширина попюсного наконечни - ширина переходного участка между двум  част ми наконе ника. {+) дл  наружных полюсов, (-) дл  вн ренних полюсов.

   (риг. 2 2 Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 306528, кл. Н 02 К 1/О8, 1965.
2. 2.Патент ГДР № 86651, кп. Н 02 К 1/14, 1970.
3. 3.Авторское свидетельство СССЬ № 544425, кл. Н 02 К 1/О8, 1972.
4. 4.Шуйский В.П. Расчеты электрических машин. М .,Энерги , 1968, с, 141-142.
5. 5.Алексеев А.Е. Т говые электрические машины и преобразователи. М., Энерги , 1967, с. 122.
6. 6.Патент ФРГ М 1563227, кп. 2101 45, 1969.