Електричний двигун постійного струму

Електричний двигун постійного струму, що має нерухомий статор, який містить обмотку якоря та ротор з кігтеподібними виступами головних полюсів і обмоткою збудження, який відрізняється тим, що двигун додатково забезпечено нерухомим комутатором-колектором, до складу якого входять циліндричний колектор, обертові щітки та контактні кільця, при цьому обмотка збудження розташована між кігтеподібними виступами головних полюсів ротора, виводи обмотки збудження приєднані до джерела напруги за допомогою контактних кілець та нерухомих щіток, крім того, двигун має додаткові полюси, що мають не менш ніж два орієнтованих назустріч кігтеподібних виступи, які встановлені на двох феромагнітних кільцях, жорстко з'єднаних з валом, при цьому нерухомі обмотки додаткових полюсів розташовані на статорі Винахід відноситься до галузі електромашинобудування і може використовуватися в електроприводах загальнопромислових механізмів для забезпечення стійкої і регульованої частоти обертання у широкому діапазоні швидкостей Відома класична машина постійного струму обертаємого руху, нерухома частина якої представляє собою індуктор з джерелом магнітно-рухомої сили (MFC), а частина, яка обертається - якір з обмоткою і колектором (див Вольдек А Й , Электрические машины - Л "Энергия", 1974, С 33 39, 130-132) Загальновідомим недоліком класичної машини є значна трудоємкість виготовлення якоря Найближчим до винаходу, що заявляється, є вентильний двигун постійного струму (ВДПС), який створено на базі синхронної машини з кігтеподібними полюсами (див Бут А А, Бесконтактные электрические машины - М "Высшая школа", 1990 г - С 78-79, 129 -133, 240 - 248) Конструкція даного двигуна обрана прототипом Прототип збігається з винаходом, шо заявляється, утому, що має спільни ознаки - нерухомий статор, який містить обмотку якоря, - ротор з кігтеподібними виступами головних полюсів та обмоткою збудження Але двигун за прототипом дуже складний Поперше, це пов'язано зі складністю напівпровідникового комутатора, а по-друге - зі складністю датчика положення ротора Крім того, він має підвищене значення питомих мас, зокрема, при потужності двигуна 0,5кВт і власній масі електродвигуна 2,3кг, маса напівпровідникового комутатора і блока керування складає 2кг В основу винаходу поставлено задачу створити електричний двигун постійного струму, в якому за рахунок додаткового введення нерухомого комутатора - колектора і додаткових полюсів, а також особливості їх виконання та зв'язку деталей і вузлів забезпечити спрощення виготовлення двигуна та підвищення питомих значень його потужності і момента Поставлена задача вирішена конструкцією електричного двигуна постійного струму, що має нерухомий статор, який містить обмотку якоря та ротор з кігтеподібними виступами головних полюсів і обмоткою збудження тим, що двигун додатково забезпечено нерухомим комутатором-колектором, до складу якого входять циліндричний колектор, обертові щітки та контактні кільця, при цьому обмотка збудження розташована між кігте 47771 подібними виступами головних полюсів ротора, виводи обмотки збудження приєднані до джерела напруги за допомогою контактних кілець та нерухомих щіток Крім того, двигун має додаткові полюси, що мають не менш ніж два орієнтованих назустріч кігтеподібні виступи, які встановлені на двох феромагнітних кільцях, жорстко з'єднаних з валом, при цьому нерухомі обмотки додаткових полюсів розташовані на статорі Новим у винаході, що заявляється, є - наявність додаткового нерухомого комутатора-колектора, - склад нерухомого комутатора-колектора, - розташування обмотки збудження між когтеподібних виступів головних полюсів ротора, - схема приєднання виводів обмотки збудження до джерела напруги, - наявність додаткових полюсів, які мають не менше ніж два орієнтованих назустріч кігтеподібні виступи, - установлення кігтеподібних виступів на двох феромагнітних кільцях, - установлення нерухомих обмоток додаткових полюсів на статорі Спрощення конструкції двигуна, що заявляється, можна пояснити відсутністю напівпровідникового комутатора, який є дуже складним у виготовлянні і обслуговуванні Крім того, вказане дозволяє зменшити масу двигуна Застосування додаткових полюсів дозволяє збільшити лінійне навантаження двигуна постійного струму і зменшити його розміри і вартість, забезпечуючи підвищення його питомих значень моменту і потужності m EM P де S a - площа активної поверхні якоря Суть винаходу пояснюється кресленням, де зображені на фіг 1 - конструктивна схема електричного двигуна постійного струму (ЕДПС), на фіг 2 - переріз А-А ЕДПС, на фіг 3 - елементи головних та додаткових полюсів (тільки ОДНІЄЇ полярності), на фіг 4 - розподілення магнітного поля ЕДПС вздовж кола якоря на фіг 5 - елементи додаткових полюсів для ЕДПС з різною КІЛЬКІСТЮ головних полюсів, Електричний двигун постійного струму (ЕДПС) включає статор 1, ротор 2, комутатор-колектор З На статорі 1 розміщена обмотка якоря 4, секції якої розташовані в пазах стального шихтованого осердя якоря 5, а також обмотки додаткових полюсів 6, 7 Ярмо 8 виконано з магнітом'якої сталі, перетин якого розраховано з умови проведення тільки магнітного потоку додаткових полюсів Ф д , Торцеві щити 9, 10 одночасно виконують функції магнітопровода для потока Ф д Ротор 2 має вал 11, який обертається в підшипниках 12, 13, що установлені у немагнітних втулках 14, 15, жорстко з'єднаних з торцевими щитами 9, 10 З валом 11 жорстко з'єднані дві немагнітні втулки 16, 17, що несуть феромагнітні кільця 18, 19 з виступами додаткових полюсів 20, 21, та головні полюси, що складаються з феромагнітного циліндру 22, його торцевих кілець 23, 24, та кігтеподібних виступів 25, 26 На циліндрі 22 розташована обмотка збудження 27, виводи якої приєднані до контактних кілець 28, 29, що через нерухомі щітки ЗО, 31 приєднані до напруги збудження Кігтеподібні виступи 25, 26 відокремлені від осердя якоря 5 робочим повітряним зазором бо, який є розрахунковою величиною Феромагнітні кільця 18, 19 відокремлені від торцевих щитів 9, 10 додатковим технологічними зазорами 5ц, 5т2 Значення робочого повітряного зазору додаткових полюсів 5Д також є розрахунковою величиною (фіг 2) Головний магнітний потік Фо, створений обмоткою збудження 27 замикається по шляху феромагнітний циліндр 22 - кільце 23 - виступ 25 - осердя якоря 5 - виступ 26 - кільце 24 - циліндр 22 Магнітний потік додаткових полюсів Ф д , створений обмотками 6, 7 замикається по шляху торцевий щит 9 - кільце 18 - виступ 20 - осердя якоря 5 - виступ 21 - кільце 19 -торцевий щит 10- статор 1 -торцевий щит 9 На фіг 2 доведено, що потік додаткових полюсів Ф д спрямований проти напряму магнітного потоку поперечної реакції якоря Ф а , тобто його компенсує Це також ілюструється на фіг 4, де зображені криві розподілу МРС двигуна 1- МРС головних полюсів, 2 - МРС, створювана струмом якоря, 3 - МРС додаткових полюсів, 4 - повна МРС, що створює основний магнітний потік двигуна Аналіз наведених кривих МРС показує, що вони є повним аналогом подібних кривих класичної машини постійного струму, тобто наявність додаткових полюсів у запропонованому двигуні дозволяє збільшити лінійне навантаження, ВІДПОВІДНО зменшити його розміри і вартість у порівнянні з прототипом Слід окремо визначити, що у запропонованому двигуні збільшення КІЛЬКОСТІ (2р) кігтеподібних виступів ОСНОВНИХ ПОЛЮСІВ 25, 26 І, ВІДПОВІДНО, КІЛЬКОСТІ виступів додаткових полюсів 20, 21, не приводить до збільшення КІЛЬКОСТІ обмоток додаткових полюсів 6, 7 їх завжди залишається тільки дві, що обумовлено законом повного струму F = Ізддп * \ Л / з д Д П = [Hdl (фігЗ) На Фіг 5 зображені додаткові полюси запропонованого електричного ДПС для 2р = 2 та 2р = 4, тобто змінюється тільки кількість виступів додаткових полюсів 20, 21 пропорційно 2р Живлення обмотки якоря 4 здійснено за допомогою комутатора-колектора 3 (фиг 1), що містить циліндричний колектор 32 звичайних обертових машин постійного струму та контактні кільця 33, 34, до яких підведена напруга мережі Кільця 33, 34 ізольовані між собою ІЗОЛЯЦІЙНИМИ прокладками 35 Циліндричний колектор 32, контактні кільця 33, 34 та ІЗОЛЯЦІЙНІ прокладки 35 зібрані у цілому на втулці 36, відносно якої вал 11 обертається у підшипниках 37, 38 Сама втулка 36 нерухомо закріплена до торцевого щита 10 Секції обмотки якоря 4, у ВІДПОВІДНОСТІ із схемою якірної обмотки, під 47771 ключені до циліндричного колектора 32 за допомогою джгута 39 Щіткотримачі 40, 41 з ІЗОЛЯЦІЙНОГО матеріалу з щітками 42, 43 конструктивно поєднані траверсою 44, яка жорстко, без прослизування, поєднана з торцем вала 11 гвинтом 45 Щітки 42, 43 комутатора-колектора 3, одночасно контактуючи з контактними кільцями 33, 34 і ВІДПОВІДНИМИ колекторними пластинами 46 нерухомого циліндричного колектора 32, здійснюють функції як струмопідводу, так і струморозподілення секцій якорної обмотки 4 Обмотки додаткових полюсів 6,7 з'єднані послідовно з обмоткою якоря 4 за звичайною схемою класичних машин постійного струму При подачі напруги на обмотку збудження 27 через нерухомі щітки ЗО, 31 і обмотку якоря 4 за допомогою комутатора-колектора 3, взаємодією головного магнітного потока Фо (фіг 2) і струмів провідників обмотки якоря 4, що знаходяться в зоні кігтеподібних виступів головних полюсів 25, 26, створюється електромагнітна сила FEM, ЩО ДІЄ (при прийнятих на фіг 2 напрямках струмів і потоків) по годинній стрільці на статор 1 і, ВІДПОВІДНО, проти годинної стрілки на кігтеподібні виступи головних полюсів 25, 26 Під ДІЄЮ пари сил, що визначають значення і напрямок електромагнітного моменту MEM, ротор 2 приводиться в обертання Комутатор-колектор 3 переключає струми в секціях обмотки якоря 4 таким чином, щоб при обертанні в одну сторону струми провідників, що знаходяться в даний час проти кігтеподібних виступів головних полюсів 25, 26, зберігали незмінний напрямок Регулювання швидкості та реверс здійснюються відомими для класичних машин постійного струму способами ФІГ. 1 47771 Фіг. 2 /в Фіг. З Фіг. 4 47771 Фіг. 5 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 10