Колекторна електрична машина

Колекторна електрична машина, що має якір з багатополюсною обмоткою і колектором, щітки, встановлені на колекторі, через які подається живлення на обмотку якоря, магнітопровід статора, що охоплює якір, внутрішній діаметр розточки якого більший зовнішнього діаметра якоря на подвійну величину повітряного зазору, яка відрізняється тим, що магнітопровід статора на його розточці наскрізними розрізами поділений на частини рівної довжини, кількість розрізів відповідає числу полюсів обмотки якоря, виконані вони упродовж активної довжини якоря на всю довжину магнітопроводу статора, ширина розрізу більша подвійної величини повітряного зазору, а розміщені - між сусідніми щітками. Винахід належить до галузі електротехніки і може бути використаний в конструкціях колекторних електричних машин. Відома колекторна електрична машина, що має якір з багатополюсною обмоткою і колектором, щітки, встановлені на колекторі, через які подається живлення на обмотку якоря, магнітопровід статора, що охоплює якір, внутрішній діаметр розточки якого більший зовнішнього діаметра якоря на подвійну величину повітряного зазору [1, с. 322-347]. Недоліком аналога є складність конструкції. Викликано це тим, що магнітопровід статора має полюси з обмотками збудження. Виконання полюсів одночасно з ярмом магнітопроводу призводить до значного ускладнення обладнання для їх виготовлення. При цьому наконечники полюсів необхідно виготовляти шихтованими і кріпити для ярма полюсів. При роздільному виготовленні полюсів і ярма магнітопроводу, полюси виготовляються шихтованими цілком з наконечниками, що потребує складного штампувального обладнання. Наявність обмотки збудження потребує додаткового об'єму для її розміщення, додаткових матеріалів для її виготовлення (провідниковий, ізоляційний та про сякувальний матеріали та ін.). При проходженні струму по обмотці збудження виникають втрати, які призводять до нагріву елементів електричної машини і необхідності її охолодження. Крім того, при роботі колекторної електричної машини під навантаженням за рахунок струму в обмотці якоря утворюється магнітне поле якоря, який впливає на поле збудження (реакція якоря). За рахунок реакції якоря виникає зсув фізичної нейтралі результуючого магнітного поля електричної машини відносно геометричної нейтралі, що призводить до іскріння під щітками. Для компенсації негативних факторів реакції якоря необхідно встановлювати додаткові полюси, в деяких випадках і компенсаційні обмотки. Найбільш близьким технічним рішенням до пропонованого винаходу за функціональним призначенням і технічною суттю є колекторна електрична машина, що має якір з багатополюсною обмоткою і колектором, щітки, встановлені на колекторі, через які подається живлення на обмотку якоря, магнітопровід статора, що охоплює якір, внутрішній діаметр розточки якого більший зовнішнього діаметра якоря на подвійну величину повітряного зазору [2, с. 68-75, 78, 172-184]. (19) UA (11) 95049 (13) C2 (21) a201012122 (22) 13.10.2010 (24) 25.06.2011 (46) 25.06.2011, Бюл.№ 12, 2011 р. (72) БАРАБАШ ВЯЧЕСЛАВ АНДРІЙОВИЧ, БОГАЄНКО МИКОЛА ВОЛОДИМИРОВИЧ, ПОПКОВ ВОЛОДИМИР СЕРГІЙОВИЧ, ЧУМАК ВАДИМ ВОЛОДИМИРОВИЧ (73) БАРАБАШ ВЯЧЕСЛАВ АНДРІЙОВИЧ, БОГАЄНКО МИКОЛА ВОЛОДИМИРОВИЧ, ПОПКОВ ВОЛОДИМИР СЕРГІЙОВИЧ, ЧУМАК ВАДИМ ВОЛОДИМИРОВИЧ (56) UA 88355 C2, 12.10.2009 SU 34065 A1, 23.10.1932 US 4066947 A, 03.01.1978 Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрический машины. ч.1. М.-Л.:Энергия, 1964.-С. 68-75, 172184 3 Недоліками прототипу, що має будову подібну аналогу, є складність конструкції з вищеописаними недоліками. В основу винаходу поставлена задача спрощення конструкції колекторної електричної машини. Поставлена задача вирішується тим, що в колекторній електричній машині, що має якір з багатополюсною обмоткою і колектором, щітки, встановлені на колекторі, через які подається живлення на обмотку якоря, магнітопровід статора, що охоплює якір, внутрішній діаметр розточки якого більший зовнішнього діаметра якоря на подвійну величину повітряного зазору, магнітопровід статора на його розточці наскрізними розрізами поділений на частини рівної довжини, кількість розрізів відповідає числу полюсів обмотки якоря, виконані вони упродовж активної довжини якоря на всю довжину магнітопроводу статора, ширина розрізу більша подвійної величини повітряного зазору, а розміщені - між сусідніми щітками. В порівнянні з прототипом, запропонована колекторна електрична машина відрізняється наявністю таких ознак: в магнітопроводі статора виконані розрізи; розрізи виконані по розточці статора; розрізи виконані наскрізними; розрізи ділять магнітопровід статора на частини; частини магнітопроводу статора мають рівні довжини; розрізи виконані уподовж активної довжини якоря; розрізи виконані на всю довжину магнітопроводу статора; кількість розрізів відповідає числу полюсів обмотки якоря; ширина розрізу більша подвійної величини повітряного зазору; розрізи розміщені між сусідніми щітками. Всі вищезгадані ознаки є суттєвими, кожна окремо і в сукупності забезпечують вирішення поставленої задачі. Суть винаходу пояснюється кресленням. На кресленні схематично показано колекторну електричну машину. Колекторна електрична машина має якір 1 з багатополюсною обмоткою 2 і колектором 3. Щітки 4 електричної машини встановлені на колекторі 3, через них подається живлення на обмотку 2 якоря 1 від джерела живлення. Якір 1 з зовнішньої сторони охоплює магнітопровід статора 5. Внутрішній діаметр статора 5 D С більший зовнішнього якоря 1 DЯ на подвійну величину повітряного зазору 7. Магнітопровід статора 5 по його розточці з діаметром DС наскрізними розрізами 6 поділений на частини рівної довжини, тобто довжина дуги АБ дорівнює довжині дуги А1Б1. Кількість розрізів 6 відповідає числу полюсів обмотки 2 якоря 1. Так, для двополюсної обмотки 95049 4 2 якоря 1 кількість розрізів 6 теж два. Виконані розрізи 6 упродовж активної довжини якоря 1 на всю довжину магнітопроводу статора 5. Ширина  розрізу 6 більша подвійної величини 2 повітряного зазору 7, тобто  > 2. Розрізи 6 розміщені між сусідніми щітками 4. Працює запропонована колекторна електрична машина наступним чином. На обмотку 2 якоря 1 через щітки 4 від джерела живлення подається напруга постійного струму. В обмотці 2 якоря 1 протікає струм. Напрям струму для двополюсної електричної машини показано на кресленні. Намагнічуюча сила якоря створює своє магнітне поле. Магнітний потік ФЯ, створений намагнічуючою силою, направлений по осі розміщення щіток 4. Магнітний потік ФЯ для одного полюса замикається по шляху: магнітопровід якоря 1 по осі щіток, повітряний зазор 7, магнітопровід статора 5, повітряний зазор 7, магнітопровід якоря 1 по лінії, перпендикулярній осі щіток 4 (ліва і верхня частина креслення). Магнітний потік, перпендикулярний осі щіток 4 (по аналогії з потоком збудження в традиційні колекторній електричній машині) стає робочим потоком ФР. Взаємодія цього потоку зі струмом в обмотці 2 якоря 1 зумовлює виникнення електромагнітної сили FE. Аналогічна взаємодія магнітного потоку і струму виникає в зоні другого полюса двополюсної колекторної електричної машини, зображеної на кресленні. За рахунок дії електромагнітної сили FE виникає обертовий момент з кутовою швидкістю . При зміні полярності напруги, що подається на якір 1 через щітки 4, обертовий момент не змінює напряму, так як і струм якоря і магнітний потік ФЯ одночасно змінюють свій напрям. Виходячи з цього, запропонована колекторна електрична машина може працювати від джерела зі змінним струмом. Виконання ширини розрізу 6 величиною , що більше подвійної величини 2 повітряного зазору 7, тобто  > 2, необхідне для утворення ланцюгу замикання магнітного потоку ФЯ у напрямі потоку збудження з мінімальним його розсіюванням. Таким чином, створення колекторної електричної машини у вищезазначеному вигляді дає можливість значно спростити конструкцію за рахунок відсутності полюсів з обмотками збудження, зменшивши при цьому масогабаритні показники. Авторами виготовлено дослідний зразок колекторної електричної машини, який в даний час проходить лабораторні випробовування. Джерела інформації: 1. Брускин. Д.Э. и др. Электрические машины и микромашины. Учеб. пособие для приборостр. специальностей вузов. М.: Высш. школа, 1971. 432 с. с ил. 2. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины, ч. 1. М. - Л.: Энергия, 1964. - 544 с. рис. 5 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 95049 6 Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601